-Balance de la actividad espacial del 2022-
(4° parte)
Ilustración que representa a la CSS (Estación Espacial China) Tiangong ("Palacio Celestial") acompañada por el CCST Xuntian, el nuevo telescopio espacial chino que se está desarrollando y que se planea estará en pleno funcionamiento en el año 2024. El Xuntian volara paralelo a la estación, para que cuando sea necesario, se acople a la misma para las operaciones de mantenimiento y el reabastecimiento de combustible.*
* Al estar en una órbita terrestre baja padecerá de los mismos problemas que el Hubble, con la creciente obstaculización en sus observaciones por parte de las constelaciones de satélites para internet como la de Starlink, HughesNet, OneWeb, Kuiper, ViaSat, Hongwan, Boeing, la firma canadiense Telesat con sus satélites Lightspeed que piensa colocar en órbita terrestre baja a partir de 2023, y de los cuales China anuncia el proyecto de poner en órbita una cifra de unos 13.000 en los próximos años. Estas constelaciones, al contrario de lo comúnmente pensado, no se hallan en su totalidad en una órbita geoestacionaria lo que dada la circunferencia a más de 35.000 km, les daría una gran dispersión, sino que se colocan en órbitas más cercanas, la primera actualmente a solo 550 km de distancia de la Tierra. Mientras algunas empresas de larga data como HughesNet y ViaSat usan satélites geosincrónicos, o sea que mantienen una posición fija a un punto de la superficie de la Tierra colocados en una órbita terrestre alta (HEO) a 35.786 kilómetros de altitud con lo que les es suficiente poner solo dos o tres satélites en funcionamiento para cubrir una extensa superficie, la empresa de Elon Musk con sus satélites Starlink llegada a este sector más recientemente apuesta por poner satélites en órbita baja (LEO) que se mueven alrededor de la Tierra. En esta competencia, son estos últimos los que están obteniendo la ventaja, agregando la facilidad que le permite poner a Musk constelaciones en órbita con sus propios medios. En vista de los nuevos competidores como Jeff Bezos de Blue Origin con su futura constelación Kuiper por ejemplo con la misma decisión y la misma facilidad, sin lugar a dudas veremos de futuro una saturación de satélites en órbita baja que agravará mucho más los padecimientos citados de estos telescopios y por supuesto aumentarán los peligros de colisiones. Solo Starlink tiene funcionando más de 3.000 satélites y planea lanzar 7.500 más, mientras que Jeff Bezos tiene previsto desplegar 3.236 en órbita terrestre baja para lo que empleará 92 lanzamientos no solo de Blue Origin, sino también de Arianespace y United Launch Alliance (ULA).
En cuanto a China, lo más destacado del 2022 ha sido sin duda la materialización de su estación espacial Tiangong, lo que la convierte en el único país que tiene una estación espacial propia, ya que recordemos que la EEI es un consorcio de varias naciones. A sumado 64 lanzamientos (9 más que en el 2021 y casi triplicado los de Rusia), 62 de los cuales han sido exitosos. También introdujo este año nuevos lanzadores, incluido el CZ-6A¹), así como potentes cohetes de combustible sólido: el Jielong-3 y fruto de la iniciativa de una empresa comercial privada el Zhongke-1A, e incluso intentó aunque sin éxito total lanzar el primer cohete orbital que utiliza metano²) como combustible, el lanzador Zhuque 2 (ZQ2) de otra empresa privada. Vemos de esta manera, que China ha seguido la tendencia de los Estados Unidos de promover la competencia de las empresas privadas en el desarrollo de la exploración espacial, tema al que Rusia se sigue mostrando reacia.
Durante años China solo dedicó sus esfuerzos para desarrollar cohetes de combustibles sólidos en sus programas militares que tenían como objetivo producir misiles balísticos Donfeng ("viento del este"). (El origen del nombre se debe a las palabras pronunciadas por Mao Zedong en una conferencia en Moscú en que mencionó que el viento del este prevalecería sobre el viento del oeste). Recién en los últimos años tomo impulso su desarrollo para el sector civil. De esta forma el 19/10/2021 se probó un segmento de combustible sólido con un empuje de unas 500 toneladas. Al año siguiente, tendríamos los exitosos lanzamiento del ZQ-1A y del Jielong-3. El primero tiene 31 metros de altura por 2,65 m de diámetro y 135 toneladas de peso en el despegue, con 200 toneladas de empuje. Para los mismos se construyó específicamente una nueva torre en el sitio 130 de Jiuquan (Mongolia Interior). CAS Space está desarrollando una versión ZQ-2 adicionando dos propulsores iguales al núcleo lateralmente y otros de combustible líquido, como el ZQ-3 y ZQ4 (VTVL) de despegue y aterrizaje vertical algo similares a los Falcon y Falcon Heavy y un cohete para el turismo espacial suborbital ZQ-6 muy similar al New Shepard de Blue Origin.
El cohete Zhongke-1A, también conocido como Lijian-1, de cuatro etapas derivado del DF-31 (Dongfeng-31) despega desde Jiuquan el 27 de julio de 2022.
El Jielong 3 despega desde la barcaza Tai Rui (construida en 2013) en el Mar de China Oriental (otra similitud con los programas de SpaceX) el día 9 de diciembre de 2022.
El Jielong 3 ("
Dragón Ágil"), también conocido como Smart Dragon-3 (SD-3) tiene el mismo motor de combustible sólido pero el lanzador posee un peso algo mayor de 145 toneladas en despegue. Se trata de un cohete de cuatro etapas y de 2,65 m de diámetro como el ZQ-1A, pero como se aprecia en las fotos superiores el carenado es de mayor tamaño 3,35 m de diámetro. Hay cuatro vuelos programados de este lanzador para 2023.
Otro de los logros espaciales de China ha sido la puesta en órbita a 777 km de la Tierra del Kuafu-1, su Observatorio Solar Espacial Avanzado (ASO-S). Es de destacar por otra parte, que China ha conseguido el 20/08/2022 (19/08/2022 hora de China) con el despegue de un Chang Zheng 2D-Y (vuelo 162, 58 de la variante) superar su récord anterior de lanzamientos exitosos de su serie de cohetes Larga Marcha que era de 102 entre 1996 y 2011, finalizando el año con 125 desde el 5/05/2020. El último en fallar fue el CZ-3 (Larga Marcha 3) lanzamiento número 124 de la serie Larga Marcha el 9/04/2020 que portaba el satélite Palapa N1 (Nusantara 2) de comunicaciones de Indonesia y que no alcanzó la órbita programada. En el post anterior enumerábamos algunos de los logros de Spacex y que más adecuado que seguir los pasos a los exitosos. Se observa en los desarrollos chinos futuros una serie de similitudes con los de la exitosa firma de Elon Musk. Nos atrevemos a avizorar que del mismo modo que en el principio del desarrollo espacial de China, sus ingenieros y científicos sobre las bases del aporte soviético sumaron ingeniosas mejoras, una vez más, aportarán un valor añadido a las ideas de SpaceX y de otros innovadores de la industria. El programa para alunizar sus tripulantes para el 2030 va a paso seguro y su lanzador CZ-9 para el mismo va por el diseño monobloque (al estilo del Starship de SpaceX) y desechando la idea anterior de un cohete provisto de aceleradores de cinturón. El cohete se proyecta construir en versiones de 2 y 3 etapas según el cometido, en las que la primera etapa será reutilizable.
En el centro de la foto se aprecia el modelo CZ-9 original con los cuatro aceleradores laterales. (foto:Tiwtter)
Maqueta con la parte inferior en color gris en la 14ª Exposición Internacional del Aire y el Espacio de China, en la ciudad de Zhuhai, en noviembre de 2022 que muestra el nuevo aspecto monobloque que presentará el CZ-9.
El Larga Marcha 9 se proyecta para poder entregar cargas similares a un SLS Bloque 2, pudiéndose usar tanto para misiones tripuladas a la Luna como al espacio profundo. El otro lanzador "Cohete tripulado de Nueva generación" que se viene desarrollando desde hace unos cinco años, y al cual se ha cambiado de denominación en varios oportunidades es al que llaman actualmente CZ-5G.
El Zhuque 2 (ZQ2) fue el primer intento de utilizar un cohete que utiliza metano líquido como combustible y como describimos antes, el cohete de la compañía china privada LandSpace no pudo orbitar el satélite que portaba por una falla en su segunda etapa. LandSpace es una empresa privada que viene trabajando duro desde 2015, su primer lanzador Zhuque 1 (ZQ1) (朱雀 一号 = Suzaku o Zhuniao 1) (Suzaku es el nombre japonés para una de la divinidades que designa un punto cardinal y es uno de los cuatro espíritus del cielo para la cultura tradicional china, es el ave bermellón que representa al sur y simboliza el verano) de combustible sólido posiblemente inspirado en el CZ-11, fue el primer cohete chino privado que intento poner una carga útil en órbita el 27/10/2018, aunque fracasó al fallar su tercera etapa (no ha habido posteriores lanzamientos de este microlanzador). A partir de entonces ha estado trabajando en los motores TQ (Tianque) y el día 19/10/2022 encendió durante 20 segundos su último desarrollo el TQ-15 de mayor potencia (836 kN) que también utiliza metano. Los cuatro motores en paralelo del Zhuque 2 pueden proporcionar 268 toneladas de empuje de despegue y giran cada uno en una dirección en un ángulo de más o menos 8 grados de giro, lo que proporcionan control de actitud para el vector.
El ZQ-2 Tiene 4 motores TQ-12 (天鹊-12 = "Urraca-12") de desarrollo de la empresa en su primer etapa y un único TQ-12 que se optimizó para trabajar en vacío en la segunda alimentados por metano líquido y oxígeno liquido (LOX) (metalox). El motor de la segunda etapa trabaja combinado con TQ-11 que trabajan como propulsores vernier (de maniobra). Si bien no son los primeros motores cohetes en probarse (como veremos en la nota 2) si fue el primero que llegó a orbita, aunque sin éxito en colocar los satélites que portaba. Intercalo aquí el comentar sobre el ZQ-2, porque es este, el tipo de motores que se aventura como el más conveniente para los viajes a la Luna y más allá. Es al que apuesta la Agencia Espacial China para sus misiones a la Luna y los que está desarrollando la empresa SpaceX en el mismo sentido con sus motores Raptor 2 para la Starship. Pero sin duda, otra ventaja adicional del metano es que no deja residuos como el queroseno y esto significa que si se quieren reutilizar los elementos del lanzador, que es a lo que aspiran todos los fabricantes en el momento, no se necesita tanto tiempo de reacondicionamiento para el próximo lanzamiento. Quien también ha apostado por este combustible es Jeff Bezos, el dueño de Amazon y de Blue origin, quien sobre la base de los motores de la etapas superiores del Saturno (los J-2) desarrolló el BE-3 que propulsa sus cohetes suborbitales New Shepard y de este ha pasado a construir el Blue Origin-4 (BE-4). Ya por el año 2012 Blue Origin empezó las pruebas para desarrollar un motor que usara metano y su empleo estaba orientado a su futuro cohete New Glen. Con el Atlas V de ULA en vías de retirarse (ver primera parte del "Balance..."), el BE-4 equipará a su sucesor el nuevo lanzador Vulcan de ULA, desplazando al otro candidato más costoso, el AR-1 de RP-1/LOX de la firma Aerojet Rocketdyne para reemplazar el RD-180 ruso. El AR-1 podría tener aplicación en el proyecto del lanzador Beta de Firefly Aerospace (que en principio serían tres cohetes Alfa unidos, el Alfa tuvo su segundo lanzamiento que resultó parcialmente exitoso el 1/10/2022 no alcanzando la órbita programada) (el primero el 3/09/2021 había sido fallido). De todas forma tiene ya contratados cuatro lanzamientos para el 2023. Los motores Reaver de los Alfa y Lightning (vacuum) de la segunda etapa fueron diseñados en colaboración con la Oficina Estatal de Diseño Yuzhnoye de Ucrania y gran parte de los motores fueron fabricados por Yushmash en Dnipro en este mismo país, por lo cual su futuro se ha vuelto un tanto incierto por la situación actual. En agosto de 2022, Northrop Grumman anunció que había contratado a Firefly Aerospace para construir la primera etapa de la nueva serie 300 del cohete Antares, que es similar al vehículo de lanzamiento Beta en desarrollo por Firefly Aerospace y en octubre Blue Origin anunció la entrega de los dos primeros motores BE-4 a la United Launch Alliance, cuyo nuevo vehículo lanzador Vulcan llevará justamente dos en su primera etapa.
Describimos que China había tenido dos lanzamientos fallidos y uno había sido precisamente el del ZQ-2, el segundo fue protagonizado por el cohete Shian Quxiang-1Z (SQX-1Z), Hiperbola-1Z de la empresa iSpace. Esta empresa privada china el día 25/07/2019 fue la primera en insertar en órbita una carga útil con su Hiperbola-1S. Lamentablemente sus tres lanzamientos posteriores terminaron en fracasos 1/02/2021 y 3/08/2021, y en este año que finalizó, el 13/05/2022. Estos lanzadores utilizan combustible sólido, pero iSpace está en proyecto de lanzar este año 2023 un cohete que utilizaría metano llamándolo Hiperbola 2. El fallo del 13/05/2022 se produjo en un cohete Hiperbola 1 modificado, identificado como "Z", no corresponde a un Hiperbola 2 como se señala en algunas publicaciones, pues es un cohete totalmente diferente, con una capacidad de carga muchísimo mayor y que pretende ser reutilizable.
Otro aporte importante de la exploración china en el 2022, aunque su historia comienza el 23/11/2020 en que parte la sonda lunar Chang'e 5 rumbo a la Luna, es el anuncio del descubrimiento de un nuevo mineral, la Changuesita-(Y). Después de las misiones Apolo y la sonda Luna 24, Chang'e 5 convierte a China en el tercer país en traer muestras lunares a la Tierra y descubrir el sexto mineral lunar en el mundo. Estos minerales se descubrieron a partir de muestras traídas de nuestro satélite natural por las misiones lunares, pero también de los estudios de meteoritos lunares hallados en la Tierra. El Apolo 11, la primera misión tripulada de los Estados Unidos en alunizar fue la primera en regresar a la Tierra con muestras de rocas lunares (50), principalmente basaltos y brechas ("escombros") y regolito lunar (suelo), en total 21,6 kilogramos. Aunque desapercibido en su momento por la espectacularidad del suceso de la llegada del hombre a la Luna, el hallazgo de basalto en la Luna posiblemente fue el descubrimiento de más importancia de la misión, también opacado por lo común de este tipo de rocas en nuestro planeta en donde cubre el 70% de la superficie terrestre. Sin embargo, hasta ese momento habían científicos que creían que la Luna siempre había sido un cuerpo frio. El basalto demostraba lo contrario, por tratarse de una roca ígnea que aflora a la superficie terrestre a través de la actividad volcánica, compuesta por los minerales piroxeno y plagioclasa principalmente, pero había una diferencia en el lunar y era una mayor presencia de titanio, en forma de ilmenita. Otro mineral que contenía titanio, se descubrió justamente en estas muestras. Fue bautizado armalcolita, por las primeras letras de los tres apellidos de los astronautas del Apolo 11 (Armstrong, Aldrin y Collins) y en español la terminación "ita" que proviene de la palabra griega "lithos" que significa la piedra o la roca. Esto último se aplica a los minerales nuevos pero puede haber alguna confusión con los antiguos pues por ejemplo el cuarzo es un conocido mineral pera la cuarcita es una roca metamórfica y la roca se define generalmente como un conjunto de minerales. Es bueno aclarar que la armalcolita posteriormente a su hallazgo en la muestra lunar fue individualizado en numerosas lugares de la Tierra [como en Estados Unidos (Texas y Montana), España (Jumilla, Provincia de Murcia y Canarix, Provincia de Albacete), (en Bavaria) Alemania, (San Luis Potosí) Méjico, (Isla Disko) Groenlandia, Zimbabue, minas de Sudáfrica, Myanmar, diversos lugares de Rusia y en algunos impactos de meteoritos]. [Incluso en España podría haber tres muestras lunares traídas por las misiones Apolo con armalcolita donadas por el gobierno de EE.UU. una que posiblemente haya vendido la familia de Francisco Franco tras su muerte y por tanto de paradero desconocido. Una donada por Henry Kissinger a Luis Carrero Blanco, pero que su hijo donó al Museo Naval donde permanece en exhibición desde el año 2007 y una tercera (basalto 70017) recogida en el valle lunar Taurus Littrow por los astronautas de la Apolo 17, pero de la cual no se puede confirmar el contenido de este mineral al estar contenida en resina plástica, y por tanto, imposibilitada de reconocer petrológicamente el fragmento].
Las muestras provenientes de las tierras altas lunares, presentaban unas rocas grises claras en contraste con las oscuras basálticas (diferenciadas a simple vista desde la tierra). Identificadas como anortosita eran inusualmente constituidas totalmente por plagioclasa. A las posteriores misiones Apolo 15 y Apolo 16 se les entrenó y encargó específicamente para recolectar estas muestras. Los soviéticos tuvieron tres misiones exitosa de recolección de muestras lunares con sondas lunares no tripuladas, las Luna 16, 20 y 24. Los rusos tenían planeado el lanzamiento de la Luna 25 (Luna-Glob-Lander o Luna Glob-1) en setiembre de 2022, pero su envío sigue retrasándose 47 años después de su última misión mal llamada en occidente como "Lunik" y se ha reprogramado para el 13/07/2023. La sonda de 800 kilos que será enviada al polo sur de la luna impulsada por un cohete Soyuz-2 Fregat estará encargada de estudiar los regolitos en esa zona y la composición del polvo y las partículas de la exósfera. Otro mineral se ha descubierto en el meteorito lunar Oued Awlitis 001 caído en el Sahara Occidental y bautizado donwilhelmsita en honor al geólogo norteamericano Don E. Wilhelms. Algunas noticias sensacionalistas la señalan presente en un meteorito lunar hallado en Africa en 2022, anunciando la presencia de un mineral 58% más duro que el diamante, denominado lonsdaleita en honor a Kathleen Lonsdale, pero su descubrimiento data de 1967 en el Cráter del Diablo en Arizona y se ha encontrado en muchos impactos de meteoritos como en Tungusca (Rusia), su dureza fue confirmada en 2009. La lonsdaleita como los diamantes tienen carbono como componente principal pero su sistema cristalino tiene estructura es hexagonal en lugar de cúbica.
Como apreciamos, dada la cantidad de lanzamientos de este año que finalizó, es de sobresaltar el escaso número de fallos en misiones o lanzadores, concentrándose en vehículos de lanzamiento pequeños. También subrayable es la cantidad de lanzadores utilizados, con China encabezando la lista con 19 vectores, 12 de los cuales pertenecen a la familia Chang Zheng ("Larga Marcha") los que acaparan 53 de 64 lanzamientos (casi un 83%), seguido de Estados Unidos con 10 tipos diferentes de cohetes.
¹)- El Chang Zheng 6A es una versión mejorada del CZ-6 que se utilizaba desde 2015 y que se seguirá empleando. Cuenta con cuatro aceleradores laterales y de sus tres etapas se han modificado en cuanto a sus dimensiones las etapas uno y dos. Se ha alargado la primera y la segunda ahora iguala el diámetro de la primera. El Larga Marcha 6 debutó en 2022 con dos lanzamientos sin percances, los días 29/03/2022 y 11/11/2022, 9° y 12° lanzamiento de un cohete de la familia CZ-6. Mientras que la mayoría de los CZ utilizan combustibles hipergólicos ("propergoles líquidos almacenables" porque se pueden almacenar a temperatura y presión ambiente), el CZ-6, al igual que los CZ-5 y CZ-7 emplean "kerolox" (keroseno y oxígeno líquido).
Maquetas a escala del CZ-6A a la izquierda y el CZ-6 a su derecha.
²)- El 16/01/2007 en el desierto de Mojave se encendía por primera vez un motor de metano (CH4) al ser el componente principal del gas natural, abundante en el sistema solar exterior, sería esencial para la exploración del espacio profundo, pues se podría extraer en los destinos sin necesidad de partir con tanto propelente. Las ventajas de su uso no se agotan en esto, sino que por ejemplo el hidrógeno líquido utilizado habitualmente debe almacenarse a -252,9° Celsius, a solo uno 20° del cero absoluto, el metano líquido a 161,6° C también este gas licuado es más denso, por lo cual los tanques de combustible serían más pequeños, aparte de necesitar menos aislaciones y como consecuencia más livianos. En los mundos donde no exista el metano, este se podría crear por el proceso Sabatier a partir de dióxido de carbono e hidrógeno, como se hace en la Estación Espacial Internacional para conseguir agua, el otro producto resultante, como explico en otra entrada anterior. Luego de que George W. Bush anunciara planes para la llegada de humanos a Marte en 1989, los ingenieros de la empresa Martin Marietta: Robert Zubrin y David Baker elaboraron el proyecto Mars Direct, que justamente utilizaba esa tecnología. Más allá de Marte, el metano es super abundante. El obstáculo a vencer está en desarrollar una fuente confiable de encendido del combustible en el ambiente del sistema solar exterior. Retrotrayéndonos más en el tiempo Oberth había ya querido usar metano como combustible. (Ver libro de John D. Clarck: ¡Ignition! (ver en línea gratis) (páginas 8 y 191) donde también se menciona a Johannes Winkler, primero en lanzar un cohete de combustible líquido en Europa. Menos publicitados, Rusia también fabricó motores RD-0162 muy similares a los Raptor en sus prestaciones y los RD-0162SD, RD-0110MD Y RD-0164. Rusia tenía proyectado la construcción de un lanzador denominado MRKN ("cohete espacial reutilizable") que en principio se programaba que utilizaría los RD0162, pero este plan no se ha materializado. Europa se planteó a partir del 2017, también de crear un motor que consumiera metano y oxigeno líquido, cuyo costo fuera de un décimo del utilizado en la primera etapa del Ariane V. Este proyecto actualmente bajo la esfera de la Agencia Espacial Europea (ESA) busca abaratar los costes de los futuros lanzadores de la agencia que Ariane 5 mantenía demasiado altos con respecto a la competencia, pero como dijimos los contratiempos surgidos en el 2022 con sus cohetes Vega y Ariane 6, han alejado la posibilidad de que este se concrete a corto plazo. El programa fue llamado Prometheus por "Precursor Reusable Oxygen METHane cost Effective propUlsion System", y este motor se planifica que se utilizaría en el cohete Themis y Ariane Next, aunque no se descarta su uso en una versión posterior del Ariane 6, todos ellos parcialmente utilizables y operativos para la siguiente década.
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