Starship despega ...¿éxito o fracaso?
-Starship despega.-
El cohete más potente y masivo de la historia se aleja de la superficie terrestre, acercándonos al sueño de llegar al planeta Marte y más allá.
"La Tierra es la cuna de la humanidad, pero no podemos vivir para siempre en una cuna". Konstantin Tsiolkovsky
Ni éxito, ni fracaso.
Alejándonos de un examen superficial.
Amanece el 20/04/2023 en la Starbase de SpaceX en Boca Chica y hay una gran expectativa por el resultado del segundo intento de lanzamiento del sistema Starship que deberá realizarse en la ventana autorizada entre las 8:28 a.m. y las 9:30 a.m. hora local (CT).
Muy temprano, dos horas antes de los 62 minutos de la ventana autorizada para el despegue, el director de vuelo de SpaceX realiza una revisión y verifica la carga del propulsor B7, que comienza 20 minutos después.
A la derecha de la foto la niebla de la condensación de vapor de agua provocada por la baja temperatura en que se almacenan los combustibles criogénicos permite observar los tanques verticales de la llamada "granja de tanques" ("tank farm") encargados de contener los propelentes y algunos horizontales para otros consumibles. Los tanques destinados a almacenar los propelentes tienen una capacidad como para 1,25 lanzamientos. (SpaceX)
A T-00.27.00 la última mano humana en tocar la nave Starship se aleja a través del brazo QD (Quick Disconnect) de la torre Mechazilla.
A pesar que una de ellas se encuentra semioculta por el contador de tiempo, se puede ver a la izquierda de la parte superior del B7 una de las cuatro rejillas de control aerodinámico que en este caso son de acero y no de titanio como las usadas en los cohetes Falcon 9. Este sistema que será posiblemente sustituido en el futuro, volará desplegado ya que carecen de los mecanismos hidráulicos que serían necesarios para su despliegue posterior.
El Super Heavy enciende sus motores y aumentando el suspenso por unos ocho segundos parece no elevarse, hasta que lentamente se eleva, alejando los temores de Elon Musk de que explotara en la plataforma.
En la filmación del despegue, entre los 8 y 11 segundos posteriores al encendido de motores, se aprecian en el espacio libre de nubes de polvo a la derecha de Starship, por lo menos seis grandes trozos de lo que podría ser el micro-concreto Fondag del piso alzándose a gran altura. En la captura de pantalla se señala uno de estos trozo llegando a más de 100 metros de altura.
Finalmente el 20/04/2023 a la hora 13:33 UTC (8:33 hora local CT) (10:33 de Uruguay) asistimos al tan esperado primer despegue del sistema Starship (B7/S24) desde la rampa OML-1 de la Starbase de Boca Chica, en el estado de Texas. Luego de unos segundos de tensa expectativa, el masivo cohete de 5.000 t comenzó su ascenso lentamente, inclinándose y alejando su proa notoriamente de los brazos de servicio de la torre Mechazilla, lo que quizás pudo ser una maniobra para protegerla, ya que Elon Musk había previamente declarado que cualquier resultado que llevase al cohete lejos de la torre de lanzamiento sería un éxito, pero más probablemente podría tratarse del resultado de un empuje asimétrico originado en el apagado de algunos de los 33 motores del impulsor primario. Este apagado explicaría no solamente la inclinación en la dirección de ascenso, sino también la lentitud con que comenzó su ascenso. Como posteriormente se observó debajo de la rampa, la fuerza originada en la ignición de los motores causó un enorme cráter, lo que hace suponer que los trozos de materiales desprendidos deben haber causado daños a su entorno, incluidos los motores. Al aproximarse el momento de máxima tensión mecánica al minuto del despegue ya eran cinco los motores que se mostraban apagados. Al poco tiempo los que aparecían en las imágenes como apagados ya eran seis. Y hasta podrían totalizar ocho los motores que fallaron. El hecho de que la mayoría de los motores apagados se encontraban en el circulo exterior podría sumar pruebas a un daño sufrido como consecuencia de los desprendimientos del hormigón de la plataforma al encenderse los motores. Muchos han hecho observaciones de cuál es el motivo del diseño inusual de la rampa y porque carece de los fosos habituales para el escape de los gases producidos por los motores. A medida que el sistema Starship (B7/S24) tomaba altura y velocidad se hizo cada vez más evidente que empezaba a girar de forma descontrolada. Cuando la telemetría indicaba que superaba los 2.000 km/h de velocidad y que alcanzaba 39 km (24,2 millas) de altura, comenzó su desaceleración y su consecuente descenso. Se había sobrepasado el tiempo estipulado de antemano (2:52 minutos) para la separación del Super Heavy y la nave Starship, pero la misma no se producía. Encontrándose sobre el Golfo de Méjico y a poco menos de cuatro minutos de su despegue, se activó el sistema automático de terminación de vuelo (FTS) (Flight Termination System), destruyendo el sistema con sus cargas explosivas. Quedaba así truncado el vuelo casi orbital de la nave S24. El vuelo fue identificado como COSPAR-ID 2023-F05.
Son visibles varios motores apagados principalmente en el círculo exterior. Pareciera que son seis, a pesar de que la telemetría indica solo cinco.
A los T+00.28 segundos el sistema hidráulico también parecía afectado en una de sus dos unidades HPU (unidades de potencia hidráulica) que son las que entre otras cosas habilita el cardan de orientación de los 13 motores centrales¹), se observa una explosión con un posterior incendio y es bastante evidente en esta parte dela filmación la peligrosa oscilación "pogo" del sistema.
Los motores del B7 y de la S24 con los tres optimizados para el nivel del mar en el centro y los tres para el vacío de mayor diámetro de campana en el exterior.
Imagen de los 33 motores antes del lanzamiento.
Parecen apagados los motores E3, E16, E20, E32 y E33.
(u/Lazaro Film)
Aclaración: los motores se encuentran numerados por su distribución en relación a la disposición de los 33 motores colocados en el Super Heavy, pero hay otra numeración que corresponde a su fabricación. De esta manera veremos que a T+62 segundos se produjeron daños en el escudo térmico en la zona del motor 30, aunque el motor siguió funcionando. Mientras que el motor 30 de fabricación había sido destruido con el fallido aterrizaje del prototipo SN8.
Confesemos que era algo probable que el Starship explotara en la rampa, destruyendo la única torre que tienen disponible SpaceX en este momento en Boca Chica, de las dos que han pedido permiso a la FAA y que era según expreso Elon Musk uno de sus temores. Tomemos en cuenta que se trataba de un vuelo de prueba para corregir errores y obtener enseñanzas, y de la magnitud del sistema, y entonces no lo categorizaremos como un fracaso total, sino como una experiencia con un resultado parcialmente adverso, en la que quedaron muchas preguntas pendientes al no poder abordarse lo que sucedería con la nave Starship en su vuelo inconcluso. Toda la estructura de la nave Starship solo sirvió como carga muerta al no poder concretarse la separación, pero de todas formas por lo observado deja planteadas algunas preguntas, por ejemplo si hubiera podido sobrevivir a la reentrada, luego de haber perdido algunas de sus losetas de protección térmica. Ahora, nos resta esperar que los daños del despegue sean menores y que pronto SpaceX esté en condiciones de poder lanzar un segundo sistema Starship, para cuyo lanzamiento está programado que utilizará el Booster (B9) y la Ship (S26). La S25 es un prototipo similar originalmente construido para el segundo vuelo, pero reemplazado por el Starship S26, que es un modelo simplificado, que entre otras cosas carece de superficies aerodinámicas y tampoco tiene protección térmica. Yo pienso que dado lo sucedido con este primer vuelo de prueba, es más factible que se reconsidere utilizar el S25 que se preveía originalmente. Me motiva para esta consideración el hecho que no se pudo cumplir con la pretensión de recopilar la mayor cantidad de datos posibles durante el vuelo para poder cuantificar la dinámica de vuelo y de entrada de la nave; y extraer conclusiones del vuelo efectivo del vehículo. Cosa que es por cierto, extremadamente difícil de predecir con precisión teóricamente o replicar computacionalmente. Datos que son necesarios extraer de un vehículo que reúna todas las características de vuelo, incluidas de forma esencial las superficies aerodinámicas. Ya dijimos además que durante los videos del despegue era apreciable la perdida de varias losas del escudo térmico, esto vuelve importante el comprobar cuál fue la causa de estos desprendimientos y asegurar que la corrección determinada ha sido la correcta. La pérdida de estas losas hexagonales, que en número de unas 8.000 conforman el escudo térmico, podrían deberse a posibles golpes de los fragmentos producidos durante el encendido de los motores, ya que algunos llegaban hasta la altura en que se encontraba la nave como se observan en los videos, o a fallas en las fijaciones. Otra de las posibilidades, es que no se haya tenido en cuenta las experiencias anteriores de la misión STS-1 del transbordador espacial Columbia cuando los ingenieros subestimaron la cantidad de ruido y vibración, cuyas consecuencias ya había sufrido el primer despegue del cohete Saturno V. Sería una muy buena noticia que las investigaciones concluyeran que todas las fallas se produjeron en base a la subestimación de los ingenieros en cuanto a la resistencia del Fondag (Fondu Kerneos y agregados Alag) del piso, basados en la experiencia anterior con 31 motores encendidos, pero con la mitad de su potencia máxima. Pero además hay que tener en cuenta, como ya he mencionado anteriormente, las condiciones del suelo que incluso necesito rellenarse, posiblemente no pudo soportar la tremenda presión y al hundirse provoca la fragmentación de la placa del cemento de alta performance. Otra cosa a revisar presumo, será el tiempo en que tardó en despegarse de la plataforma, porque supongo que esos 5 segundos que es lo que se ha señalado, han estado en relación directa con la entidad de los destrozos. No es lo mismo estar 2 o 3 segundos expuestos a la presión y calor de los motores que 5 y tengamos en cuenta que el Fondag tiene una capacidad extendida para un cemento, pero que no excedería los 1300° C. Evidentemente este sector de la plataforma de lanzamiento deberá buscar una solución ingeniosa, siendo el sistema del foso deflector de gases y supresión de sonido por intermedio de diluvio de agua ("flame trench" y "deluge system"), los ya ampliamente probados y utilizados, pero que no serían disponibles en la superficie de la Luna o del planeta Marte. Es un punto a tener en cuenta también, que SpaceX tiene planeado construir una futura plataforma 49A en el complejo de lanzamientos del Kennedy Space Center de Florida, donde también deberá implementar la solución que logre encontrar. Pero con la gravedad adicional de que el sitio de construcción de la nueva plataforma 49A para Starship, se encuentra muy próxima a la única plataforma que se está utilizando actualmente para los vuelos tripulados de Estados Unidos a la Estación Espacial Internacional. Pareciera que los escombros de este lanzamiento han viajado en principio lo suficiente para cubrir esa distancia y ni pensemos en lo que pasaría en el caso de que un Super Heavy explotara en su rampa.
No tengo ninguna duda, de que nuevamente sin cumplir con los cronogramas que anuncia y salvo una debacle en sus finanzas que no logro avizorar, Elon Musk persistirá en sus planes. Ha sido su trabajo obsesivo y su persistencia lo que lo ha llevado por un camino innovador que está siendo imitado por tantos. He visto las más dispares y extremas opiniones a raíz de lo sucedido con esta prueba, con cuya validez no discrepo si se ajustan a los hechos reales, pero también he visto exageraciones en algunos de los medios internacionales de noticias en cuanto a la extensión de los daños en el parque estatal a once comunidades biológicas y al total de las 16.187 hectáreas (40.000 acres) cuando la estimación actual de los daños en el Refugio Nacional de Vida Silvestre de Bajo Valle del Río Grande se centraría en quizás la 10.000 parte del mismo. Eso no minimiza para nada la gravedad de lo ocurrido según mi perspectiva y ya advertía en las entradas anteriores la incidencia negativa que tendrían estas pruebas en su entorno y en la zona cercana prevista para que se estrellara la nave Starship en el Pacífico.
Luego de observar detenidamente la filmación de vuelo, lo que en principio me pareció ser un tema óptico por la distancia a que se encontraba la Starship en la parte en que se apreciaba un temblequeo de la imagen, me incliné por pensar que en realidad se trataba de la peligrosa oscilación o efecto "pogo". La misma puede haber sido determinante para el apagado de alguno de los motores. El nombre proviene del palo saltarín ya que se trata de una oscilación longitudinal que ocurre en los cohetes de combustible líquido a veces. A medida que el propulsor fluye a través de las tuberías y accesorios en su camino desde los tanques hasta el motor, se pueden formar perturbaciones. Dado que esto causa variaciones en el caudal del propelente, el empuje de los motores afectados fluctúa varias veces por segundo. Este efecto, del que encontramos bastante material en los archivos de la NASA, ya había sido un problema importante para el cohete Saturno V desde 1967 en el primer vuelo sin tripulación Apolo-Saturno 501 o AS-501 que tras el accidente durante unas pruebas simuladas de lanzamiento a bordo de un Saturno IB en que murieron tres astronautas, pasó a llamarse Apolo 4. Tengamos en cuenta que el Saturno V en su primera etapa tenía menos de la sexta parte de los motores del B7. En la misión Apolo XIII, el efecto apareció en la segunda etapa, forzando el apagado del motor central. Si bien los ingenieros fueron logrando una mejora gradual y progresiva, el problema se siguió presentando hasta el último lanzamiento de los cohetes Saturno V y posteriormente se tomó como un problema a resolver en el desarrollo del transbordador espacial. Una de las cosas que ha demostrado el vuelo de la Starship ha sido su fortaleza estructural pues a pesar del pogo, de su llegada al punto de máxima tensión mecánica y de sus giros no controlados sobre el final de su vuelo, mantuvo su estructura e incluso parecería haber una aparente demorada destrucción por el sistema FST. Agreguemos aminorando el dramatismo de la escena, que de todas formas este era el destino final al que se enfrentaba.
Starship llega a volar a 2.157 km/h a 31 km de altura para desacelerar y volver a ascender hasta los 39 km. Luego de los tres segundos de vuelo aparecen dos plumas blancas superiores que parecerían indicar que ha actuado el FST. Consumidos los propelentes del Super Heavy, el peso de los propelentes cargados en la nave Starship S24 hacen que el sistema tienda a caer horizontal.
(Salvo nota en contrario, material gráfico previo: SpaceX)
¹)- Se trata del TVC (Thrust Vector Control) o vectorización de empuje, que es el sistema que permite cambiar la orientación de los motores Raptor centrales de la primera etapa para dirigir la trayectoria del cohete.
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