Sistema de aborto de lanzamiento de Orion. (2ª parte)

  -Sistemas del módulo de comando o módulo de tripulación de la nave Orion-

Sistema de aborto de lanzamiento de Orion.

Los ingenieros preparan el sistema de aborto de lanzamiento de Orion para la prueba de vuelo Ascent Abort-2 el 2 de julio de 2019. (Crédito: NASA/Rad Sinyak)

En la foto se puede apreciar la escotilla que se prevé servirá de acceso en el futuro para que los astronautas ingresen a la nave encapsulada dispuesta en la torre de lanzamiento.

(Foto: NASA)

El ensamblaje del carenado encierra la nave espacial Orion durante su estancia en la plataforma de lanzamiento, durante el vuelo atmosférico y durante la operación del sistema de aborto de lanzamiento para proteger la nave espacial de las cargas térmicas y dinámicas que se producen en la secuencia de aborto. El conjunto del carenado pesa aproximadamente 1.350 kilogramos y consta de dos componentes: un carenado ojiva que encierra el módulo Orion Crew y un filete superior que interactúa con la propia torre de escape.

La última gran operación de montaje para preparar a Orión para su vuelo. Los paneles ojiva, que protegen el módulo de la tripulación del sonido y la vibración durante el ascenso, ahora están instalados alrededor de la nave espacial justo debajo de la torre del Sistema de Aborto de Lanzamiento.

El sistema de aborto de lanzamiento interactúa con el módulo de tripulación a través de seis puntos de conexión en la bahía delantera del vehículo utilizando el conjunto de armadura del adaptador de motor (MATA) (Motor Adaptor Truss Assembly) que contiene el sistema de fijación y separación estructural del sistema de aborto de lanzamiento..

Llamado Sistema de Retención y Liberación, el sistema tiene que ser capaz de mantener una conexión estructural entre el módulo de tripulación y el LAS hasta que el motor de expulsión se encienda para alejar el LAS, momento en el que la conexión estructural tiene que ser cortada. Los seis mecanismos de retención y liberación están instalados sobre la bahía delantera del módulo de tripulación. Cada uno de los mecanismo consiste en tuercas frangibles que sostienen pernos pretensados desde el lado del LAS, iniciados con dos cartuchos de refuerzo. Se probaron diferentes detonadores de tuercas frangibles utilizando el artículo de prueba de tierra de Orion para seleccionar el sistema que mostró el choque de separación de menor impacto.

El segmento inferior del sistema de aborto de lanzamiento facilita el motor de aborto fabricado por ATK (Alliant Techsystems). La motor de aborto consiste en una caja compuesta de fibra de carbono que contiene el propelente sólido consumido por el motor. En la parte superior de la caja está el colector convergente que contiene cuatro boquillas que emplean un diseño de flujo de giro, lo que significa que el flujo de escape del gas en expansión se dirige a través de un giro para generar empuje en la dirección deseada. Las cuatro boquillas (espaciadas 90 grados) están inclinadas 25 grados desde la línea central del motor creando un giro total de 155 grados.

(NASA/ATK)

(Imagen cortesía NASA con leyendas modificadas por el autor)

El colector de titanio está diseñado para estabilizar el flujo de escape, equilibrar el empuje a través de las cuatro boquillas y maximizar el rendimiento general del motor. El motor de aborto de lanzamiento utiliza un propelente sólido con una alta velocidad de combustión lograda mediante el uso de una mezcla que contiene granos de alta superficie (granulometría baja) que permiten que el motor logre el rendimiento de aborto requerido. El motor es encendido por un encendedor pirógeno de alto rendimiento que es capaz de arrancar el motor de cohete sólido con una latencia extremadamente baja para lograr el movimiento de la nave espacial dentro de unos pocos milisegundos después de que se emite el comando de aborto.

El motor abortivo mide más de 5 metros (17 pies) de alto y tiene casi 1 metro (3 pies) de diámetro. Durante el encendido en tierra, el motor se fijó en un banco de pruebas vertical con sus cuatro boquillas de escape apuntando hacia el cielo en las instalaciones de ATK. (NASA/ATK)

Si bien es similar al motor de aborto de lanzamiento del Programa Apolo, el motor abortivo de Orion incorpora la tecnología actual en un diseño más robusto. El motor de aborto de lanzamiento utiliza una caja compuesta y una tecnología de flujo de giro de escape en lugar de una torre, lo que resulta en ahorros de peso, rendimiento mejorado y mayor éxito en la supervivencia de la tripulación durante un aborto. En lugar de que el penacho de escape del cohete salga de una boquilla trasera, el colector se coloca en el extremo delantero del motor.

El sistema de aborto de lanzamiento incluye tres motores: un motor de aborto que saca la cápsula Orion del peligro; un motor de control de actitud para proporcionar control direccional; y el motor de descarga que separa el sistema del módulo de tripulación.

El motor abortivo de 3.464 kilogramos entrega 1.760 kilonewtons de empuje a lo largo del eje del vehículo para alejar la nave espacial del vehículo de lanzamiento fallido. El motor alcanza un impulso de nivel de sellado de 245s. AM (Abortive Motor) consume la mayor parte de su propelente durante los primeros tres segundos de operación con residuos de empuje que comienzan a disminuir después de unos siete segundos. En escenarios de aborto, las tripulaciones soportan más de diez G cuando se alejan del vehículo de lanzamiento.

Residiendo por encima del motor de aborto está el motor de expulsión, que pesa 410 kilogramos. Es responsable de sacar el sistema de aborto de lanzamiento separado del módulo de tripulación tanto en escenarios de vuelo nominal como de aborto. El JM (Jettison Motor)  fue desarrollado por la empresa Aerojet Rocketdyne y consiste en un conjunto de cubierta, un conjunto de boquilla y un conjunto de generador de gas.

(Foto: Aerojet)

El conjunto de cubierta incluye costillas estructurales para refuerzo y proporciona la interfaz con el motor de aborto en popa y el adaptador entre etapas en la dirección de avance. Todos los componentes estructurales consisten en aleación de titanio 6Al-4V desarrollada en un principio para aplicaciones en la aeronáutica y astronáutica. Gracias a la combinación de una resistencia excelente, bajo peso y una resistencia a la corrosión extraordinaria, esta aleación se utiliza actualmente en muchos campos de aplicación y es una de las aleaciones de titanio más comunes. La "Interetapa" es proporcionado por la empresa Orbital Sciences.

El conjunto de boquillas contiene cuatro boquillas, todas hechas de acero inoxidable 17-4, inclinadas 35 grados desde la línea central de la torre de escape de lanzamiento. Tres de las boquillas tienen una garganta grande, mientras que una tiene una garganta más pequeña para crear un desplazamiento de empuje que coloca al LAS en una trayectoria que abandona la de vuelo del vehículo de lanzamiento.

Imagen NASA modificada por el autor.

El generador de gas se encuentra por encima del conjunto de la boquilla ya que el JM no emplea tecnología de flujo de giro. Los propelentes de alto rendimiento son iniciados por un encendedor pirógeno para crear gas a alta presión que alimenta las boquillas.

El motor de expulsión ofrece un empuje total de 178 kilonewtons (147kN axial) a un impulso de 221 segundos en el transcurso de 1,7 segundos de tiempo de combustión.

En la foto la NASA, Alliant Techsystems (ATK) y Lockheed Martin realizan una prueba en tierra de un motor de control de actitud a para el sistema de aborto de lanzamiento del vehículo de exploración de la tripulación Orion. La prueba se realizó en las instalaciones de ATK en Elkton, Maryland. El motor funciona para mantener el módulo de la tripulación en una trayectoria de vuelo controlada en caso de que necesite deshacerse y alejarse del vehículo de lanzamiento en caso de emergencia, y luego reorienta el módulo para el despliegue y aterrizaje en paracaídas. Juntas, las ocho válvulas de pivote controladas proporcionalmente pueden ejercer hasta 3.175 kilogramos de fuerza (7,000 libras de fuerza) de dirección al vehículo en cualquier dirección bajo el comando del módulo de la tripulación. (Crédito de imagen: ATK)