Sistema de aborto de lanzamiento de Orion. (3ª parte)

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

Sistema de aborto de lanzamiento de Orion.

Motor de actitud

En la entrada anterior dábamos cuenta que el sistema de aborto de lanzamiento incluía 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. Habiendo detallado información sobre dos de ellos, ya que nos referimos al motor de aborto (AM) (Abortive Motor) y al de descarga (JM) (Jettison Motor), trataremos en la presente al motor de control de actitud (ACM) (Attitude Control Motor). 

Apilado sobre el JM y el "Interstage" se encuentra el Motor de Control de Actitud (ACM) fabricado por ATK (Alliant Techsystems) de 760 kilogramos que se utiliza para estabilizar la pila durante el aborto del lanzamiento y proporciona la maniobra de reorientación para poner el módulo de la tripulación en la actitud correcta para la separación y el despliegue de los paracaídas.

El ACM consiste en una caja de acero D6AC¹) y un cierre con faldones de aluminio para proporcionar estabilidad al generador de gas que quema propelente sólido para entregar gas a alta presión a las boquillas. Un total de ocho boquillas están instaladas en el motor con una separación radial de 45 grados para poder proporcionar componentes de empuje direccional para controlar el cabeceo y la guiñada durante la secuencia de aborto. El empuje en cada boquilla se regula individualmente mediante válvulas de pivote en cada uno de los propulsores según lo ordenado por el controlador ACM.

Durante los primeros siete segundos de funcionamiento (coincidiendo con el encendido del motor de aborto) el ACM puede entregar hasta 58 kilonewtons de empuje que se pueden distribuir y equilibrar entre una y todas las boquillas de ACM. De +7 a +27 segundos, el ACM operará a un nivel de empuje de alrededor de 22,3 kilonewtons.

El conjunto ACM incluye una pila de baterías compuesta por baterías de 28 voltios y 140 V, cada una con un respaldo redundante para alimentar el controlador ACM y accionar las válvulas de pivote a la configuración de empuje comandada. El controlador ACM utiliza una arquitectura tolerante a fallos únicos y recibe entradas de la plataforma de orientación del módulo de comando para calcular la configuración de empuje requerida para lograr la actitud planificada.

(Imagen: NASA)

El principio de funcionamiento de ACM incluye dos fases de operación: la fase de impulso durante la cual se dispara el motor abortivo y seguida de una fase de control direccional durante la separación del vehículo de lanzamiento. Después del agotamiento de la AM, se ordena al ACM que inicie una maniobra de cabeceo para llevar a Orion a una actitud de escudo térmico hacia adelante en preparación para el lanzamiento de LAS y el despliegue del paracaídas.

(Foto: ATK)

Se han desarrollado varios modos de aborto para que Orion proporcione capacidad de aborto desde el prelanzamiento hasta la inserción orbital.

En un escenario de aborto de plataforma y baja altitud (<7,5 km), Orion dispararía su sistema de aborto de lanzamiento en caso de que su vehículo de lanzamiento sufra una falla importante antes del lanzamiento o durante el encendido cuando la salida de emergencia de la tripulación no es una opción. El motor de aborto LAS y el ACM se encenderían simultáneamente y un anillo de separación accionaría la separación del módulo de comando del módulo de servicio Orion para permitir que solo el módulo de tripulación sea retirado por el LAS. Después de siete segundos, el empuje AM se apaga y tres segundos después, ACM inicia el pitch-over²) o giro de elevación cero que tarda unos seis segundos en completarse, durante el cual el vehículo alcanza su altitud de apogeo de casi 2 kilómetros.

El motor Jettison se dispara después de 21 segundos para separar el módulo de tripulación. La cubierta de la bahía delantera se desecha después de 22 segundos, seguida por el despliegue de los paracaídas drogue poco más de treinta segundos después de que se inicia el aborto. El mortero piloto se dispara un poco más de 50 segundos después del aborto para reducir la velocidad del vehículo a su velocidad de aterrizaje para un amerizaje en el Océano Atlántico frente a la costa de Florida en una zona de aterrizaje establecida.

En el caso de un aborto a media altitud de 7,5 a 45,5 kilómetros de altitud, se ordena al LAS que dispare y el ACM y el AM se encienden con el anillo de separación liberando el módulo de tripulación para ser liberado del vehículo de lanzamiento fallido. Después de la operación del motor de aborto, Orion es llevado a través de su cabeceo por el ACM y entra en un segmento corto de caída libre, aun conservando el LAS. El sistema de aborto de lanzamiento se libera a la altitud adecuada para el despliegue en paracaídas.

Un aborto a gran altitud de hasta 100 km de altitud también se logra disparando el LAS para alejar el vehículo del lanzador e incluye el cabeceo para apuntar a Orión en una buena dirección para volver a entrar en la atmósfera. Después del agotamiento de ACM, el JM dispara y LAS se separa, mientras que Orion continúa por su cuenta utilizando su sistema de control de actitud Hydrazine para mantener una orientación nominal durante toda la entrada, llevando la nave a la altitud de despliegue de drogue.

Después de LAS y el abandono del carenado, Orion todavía tendrá capacidad de aborto de lanzamiento. En caso de un problema grave con el vehículo de lanzamiento, todos los motores se apagarían mediante un comando de emergencia y la pila del módulo de servicio de Orion se separaría disparando su propio sistema de propulsión principal. Esto dejará a la nave espacial en un camino hacia la reentrada o en una órbita más baja de lo planeado, dependiendo del momento del aborto.

Orion también tendrá una función Abort Once Around (AOA) (literalmente "abortar una vez alrededor") en la que realizará una retropropulsión durante su primera órbita para un aterrizaje en el Pacífico en caso de problemas importantes de sistemas a bordo de la nave espacial o una inserción orbital fuera de lo nominal. Con SLS, habrá una capacidad limitada de aborto a órbita (ATO) que implica un reinicio de la segunda etapa para corregir una órbita errónea o entregar la pila de una trayectoria suborbital a una trayectoria orbital.

(Foto: NASA)

¹)- El acero grado D6AC integra el tipo de aceros de baja aleación, los que se caracterizan por tener un contenido de carbono bajo menos de un 0.50% y tener elementos adicionales, tales como manganeso (hasta 1,5 %) que añaden resistencia al acero suave. Por su composición incrementa la soldabilidad y formabilidad del acero* manteniendo su resistencia. Este tipo de metal se clasifica como un HSLA steel (acero de baja aleación de alta resistencia).Los Estados Unidos comenzaron a desarrollar el D6AC a principios de la década de 1960. Se ha mejorado con acero AISI 4340 y es ampliamente utilizado en la fabricación de proyectiles tácticos y estratégicos y piezas estructurales de aeronaves. A mediados de la década de 1970, D6AC reemplazó gradualmente otros aceros estructurales de aleación y se convirtió en un grado de acero especial para la fabricación de carcasas de motores de cohetes sólidos. Como los del misil tierra-aire estadounidense "Patriot", el del pequeño misil "Redeye", el de misiles medianos   y grandes  como "Minuteman", "Pershing", "Polaris", "Hércules", etc., también los cohetes aceleradores sólidos del transbordador espacial estadounidense. El cuerpo del transbordador espacial estadounidense también estaba hecho de acero D6AC y también se utilizó para fabricar el tren de aterrizaje y los ejes de las alas de los aviones F-111, entre otros.

*La formabilidad se refiera a la capacidad que presente un material al ser deformado a través de ciertos procesos como flexión, laminación o embutición profunda, la capacidad del material que tiene para su deformación o adelgazamiento es mayor cuanto menor sea el límite elástico y cuanto mayor sea su capacidad de deformación plástica sin que presente algún tipo de fractura.

²)- Pich-over, pichover, giro de gravedad o giro de elevación cero, son distintas denominaciones para la maniobra que pueden utilizar los vehículos espaciales para optimizar su trayectoria valiéndose de la gravedad para dirigir el vehículo hacia la trayectoria deseada. El cohete comienza volando hacia arriba, ganando velocidad vertical y altitud. Durante esta parte del lanzamiento, la gravedad actúa directamente contra el empuje del cohete, disminuyendo su aceleración vertical. Las pérdidas asociadas con esta desaceleración se conocen como arrastre por gravedad, y pueden minimizarse ejecutando la siguiente fase del lanzamiento, la maniobra de cabeceo, lo antes posible. Después del lanzamiento, la trayectoria de vuelo del cohete ya no es completamente vertical, por lo que la gravedad actúa para girar la trayectoria de vuelo hacia el suelo.