Starship pronto para despegar (I)
-El lanzamiento del cohete más grande, más pesado y más poderoso jamás construido-
“El éxito no es lo que se debe esperar. … Eso sería una locura”. Elon Musk
Con 120 metros (394 pies) de altura, un diámetro de 9 metros (29,5 pies) y equipado con 33 motores Raptor en su primera etapa (B7) y 6 en su nave espacial (S24) el sistema de lanzamiento y nave espacial Starship totalmente reutilizable se convierte en el más grande, más pesado y más poderoso jamás construido. (Foto: SpaceX)
El día 5 de abril de 2023, se apiló el acelerador super pesado B7 y la nave espacial S24 del sistema Starship en la "Mechazilla" de la Starbase (la base comercial de SpaceX) de uso exclusivo para Starship, en Boca Chica, cerca de Brownsville, al sur de Texas, muy cerca de la frontera con Méjico. (Foto: SpaceX)
La empresa de Elon Musk, SpaceX, ha esperado más de un año para obtener la aprobación de la FAA (Federal Aviation Administration), Administración Federal de Aviación, que ha enfrentado el rechazo de parte de la comunidad local del condado de Cameron, Texas, para este lanzamiento, principalmente en la cercana pequeña ciudad de Port Isabel. La demora de la FAA también se relaciona con la evaluación necesaria del impacto ambiental potencial, sobre esta zona adyacente al Golfo de México integrada por tierras públicas ecológicamente únicas propiedad del Departamento de Parques y Vida Silvestre de Texas y los Estados Unidos; y del Servicio de Pesca y Vida Silvestre, del Refugio Nacional de Vida Silvestre del Valle del Río Grande. La zona alberga una rica flora exclusiva y fauna que incluye el ocelote y el jaguarundi, en peligro de extinción a nivel federal.
El denominado anteriormente Interplanetary Transport System (ITS) fue anunciado al público el día 27 de setiembre de 2016. Los sueños de Elon Musk acerca del planeta Marte comenzaron en el año 2001, cuando ideó el proyecto "Mars Oasis" para enviar un invernadero experimental en miniatura a Marte para ver si sus plantas podían crecer en las condiciones existentes allí, posiblemente inspirado por Carl Sagan con su serie de televisión Cosmos en la que en uno de sus capítulos se refería a la terraformación del planeta Marte a través del uso de plantaciones. Pero encontró que los precios de lanzar incluso un pequeño experimento como ese eran prohibitivos e incluso las opciones que buscó en Rusia eran de un costo excesivo. Así que en 2002, Elon Musk fundó la empresa de fabricación aeroespacial y de servicio de transporte espacial comercial y gubernamental, Space Exploration Technologies (SpaceX). Ahora se aventuraba a desear enviar personas a Marte, no plantas. Desde sus días universitarios se dice que Musk tenía como motivación central el propósito de llevar humanos al planeta Marte y hacer de la humanidad una especie multiplanetaria que pudiera subsistir más allá de los eventos de extinción que consideraba inevitables en el futuro de nuestro planeta. De esta manera, comenzó con su cohete Falcon 1, luego con su Falcon 9 y más tarde con el Falcon Heavy, pero sabía que debería disponer de una nave con mayor capacidad y así comenzaría el desarrollo del sistema Starship, una nave lo suficientemente grande como para que hiciera el viaje que inspiraba su trabajo, y el de Starlink, una red de internet satelital, que quiere que genere las ganancias necesarias para financiar sus planes para Marte. Mientras Elon Musk busca esos objetivos, la empresa se ha convertido en un gigante del negocio espacial. La NASA emplea los cohetes y las naves de SpaceX para enviar astronautas (Falcon 9 y Crew Dragon) y mercancías (Falcon 9 y Cargo Dragon) a la EEI (Estación Espacial Internacional), luego de depender de las naves Soyuz rusas durante nueve años, después de que los transbordadores fueron retirados de servicio en el año 2011; y los operadores satelitales privados, gubernamentales y militares usan su cohete impulsor reutilizable Falcon 9 para que sus satélites entren en órbita. Musk comprendía además que necesitaría un motor más poderoso, así que luego del Merlín y el Kestrel, desarrollaría el motor Raptor, del que derivaría el Raptor 2. Por otra parte, distinguía que para su proyecto más destacado y ambicioso le era algo imprescindible buscar un lugar idóneo para la producción y desarrollo de su sistema Starship, que le permitiera la cadencia de lanzamientos y recuperaciones que pretendía. Disponiendo de plataformas de lanzamiento orbital en arrendamiento en la Estación de la Fuerza Aérea (desde diciembre de 2020, Estación de la Fuerza Espacial de Estados Unidos) de Cabo Cañaveral, el Centro espacial John F. Kennedy y la Base de la Fuerza Aérea (actualmente Base de la Fuerza Espacial) Vandenberg, SpaceX comenzó la búsqueda de ubicaciones potenciales y luego de evaluar siete de ellas, se decidió por Boca Chica, comprando y arrendando tierras para construir su puerto espacial bautizado Starbase. Ya en el año 2011, se habían iniciado las conversaciones privadas con varias autoridades estatales para la construcción de un sitio de lanzamientos no gubernamental y en el año 2014, se supo que el sitio sería Boca Chica, Texas. El lugar ocupa mayoritariamente una llanura de lodo (casi un 64%), por lo cual el suelo debió consolidarse para lo que se trajo una gran cantidad de tierra y se necesitó un largo período de trabajo. El resto del terreno se compone en un 36% aproximadamente de humedales estuarinos y un mínimo de otro tipo de humedales independientes de las mareas. En 2019 comenzaron las pruebas con el "Starhopper" que se trataba de un prototipo impulsado por un único motor Raptor. El primer prototipo de Starship, se halla ahora exhibido en ese sitio. También en ese mismo año de 2019 hubo un cambio en la construcción de Starship en lugar de utilizar fibra de carbono como estaba contemplado originalmente se usaría acero inoxidable (austenítico clase 300) (acero inoxidable 301 y 304L). La aleación 304L fue probada conjuntamente con la aplicación de nuevas técnicas de soldadura por un pequeño prototipo de tanque bautizado Starship SN7. En el segundo intento se logró alcanzar una presión récord, previamente a la destrucción del prototipo. Durante todo el año 2022, se efectuaron numerosas pruebas del Booster ("acelerador") B7 y de la Ship ("nave") S24. En este 2023 se realizó la prueba de llenado de propelentes del conjunto Super Heavy-Starship con metano y oxígeno líquidos (WDR) por (Wet Dress Rehearsal). Esta denominación del ensayo general proviene de dos fuentes, una de la actividad teatral "dress rehersal", siendo el último ensayo que se efectúa antes de la obra, incluye todos los detalles, incluso vestuario (dress). Y la asignación de "wet" (húmedo) está en relación que la prueba se realiza con los combustibles líquidos cargados. Cuando estos están cargados, se activan las turbobombas, los pre-quemadores pueden estar encendidos, pero el motor no se enciende. Requiere cierre de carreteras, TFR: ([Temporary Flight Restriction] [Restricción de vuelo temporal] [es un tipo de NOTAM] [Notice To Airmen] [Aviso a Aviadores]) y se avisa la FAA de la carga de combustible. Y el 9 de febrero de 2023, se efectúa el encendido estático de 31 de los 33 motores Raptor 2 del B7 (al 50% de potencia). Treinta y un motores porque uno de los motores Raptor fue apagado con anterioridad a la ignición y el otro se apagó de forma automática. Esta última prueba se convirtió en la de un mayor número de encendidos simultáneos de motores de cohete de la historia. El cohete soviético N-1 (por Nositel-1 que en castellano significa Transporte-1) tenía 30 motores NK-15 (NK por Nikolái Kuznetsov, jefe de la oficina que lo desarrolló) en su primera etapa. El por muchos años oculto por la Unión Soviética N-1, sí superaba al sistema Starship en cantidad de motores totales de sus tres etapas (30+8+4) 42 contra 39. Se estima además que el N-1 también podría ser superado por la Starship en su récord del cohete más potente del mundo en su encendido de despegue. Si tenemos en consideración que el motor Raptor 2 tiene 230.000 kgf de empuje máximo y sabemos que el N-1 generaba 45.410 kN de empuje total, si en esta oportunidad tuviéramos la suerte de que encendieran los 33, multiplicando la cantidad de motores encendidos, podríamos presumir unos 67.000 kN (al 90%). Los Raptor 2 pueden operar hasta un mínimo de un 40%.
Comparación ilustrativa de Starship con otros lanzadores.
Los cohetes Yenisei¹), Larga Marcha 9 y la versión Block 2 Cargo del SLS no se han construido aún y es probable que el único de los tres que conserve la configuración de la imagen sea este último.
Crédito de la imagen: Thorenn
Ni el cohete Yenisei, ni el Larga Marcha 9 se espera que vuelen antes del año 2030. La imagen que se muestra del Larga Marcha 9 corresponde a la versión 11 (2011). En junio de 2021 se anunció que se habían eliminado del diseño los propulsores externos y se ampliaba el diámetro de la primera etapa, considerando que el nuevo diseño es más adecuado para la reutilización de la primera etapa, y es una respuesta a la Starship. En abril de 2022, Long Lehao, diseñador jefe de la familia de cohetes Larga Marcha dijo que el diámetro del núcleo de la primera y la segunda etapa se había aumentado a 11 metros (un tanto a la inversa de la Starship que había disminuido su diámetro de 10.60 a 9 metros), mientras que el de la tercera era de 7,5 metros. La longitud total se había aumentado a 111 metros, con una masa de 4.122 toneladas. La primera etapa estaría impulsada por veinticuatro motores de metano y oxígeno líquido (LOX) de 200 toneladas en lugar del motor YF-135 de kerolox del diseño anterior. La carga útil sería de 150 toneladas a órbita terrestre baja o (LEO) y de 50 toneladas a una órbita de transferencia lunar (LTO). Finalmente, como siguiendo de cerca la experiencia del diseño del sistema Starship, propulsado por 30 motores de metalox en su primera etapa, se ha optado por un diámetro idéntico en ambas etapas y eventualmente en una tercera para misiones más allá de la órbita terrestre baja, posiblemente para transportar los materiales necesarios para la construcción de una base lunar china, ya que los planificados como encargados de transportar las tripulaciones chinas a la Luna serán los por fortuna finalmente bautizados CZ-10 (Chang Zheng 10) (Larga Marcha 10) (anteriormente: Cohete 921, "vehículo de lanzamiento tripulado de próxima generación", "variante Chang Zheng 5", CZ-FH [CALT] [por: China Academy of Launch Vehicle Technology] [posteriormente: CZ-5DY y últimamente CZ-5G]).
Gráfico comparativo del motor Blue Engine BE-4 que es capaz de producir 550.000 lbf (249.476 kgf) 2.45 Mn (meganewtons) con los motores de SpaceX. Raptor 441.000 lbf (200.034 kgf) 1.95 Mn y Merlin 1D 190.000 lbf (86.182 kgf) 0.85 Mn de empuje al nivel del mar. Tanto el Be-4 como el Raptor son motores de ciclo de combustión por etapas alimentados por LCH4 y LOX, mientras que el Merlin utiliza RP-1 y LOX. Estaba planificado originalmente que el BE-4 se utilizara en el cohete New Glen de Blue Origin pero también se empleará en el nuevo cohete Vulcan de ULA, que planifica estrenarlo en junio de 2023. El Raptor 2, ha simplificado el diseño de su antecesor y además logra superar al B4, con 738.000 lbf (334.751 Kgf) 3.28 Mn, (flujo completo combustión por etapas).
El prototipo StarHooper sería en 2019 el encargado de probar el Raptor con su saltito de 150 metros en su segundo intento y también la nueva superaleación SX500 desarrollada por SpaceX para soportar las enormes temperaturas del motor. Motor que además reúne algunas piezas complejas hechas en 3D.
SX 300 y SX 500 son una especie de versión moderna de las superaleaciones Inconel. Con una alta resistencia a la temperatura y resistencia extrema a la oxidación. Útiles paras las ~ 800 atmósfera, turbobomba caliente y rica en oxígeno del motor del cohete Raptor.
Pero no bastaba con desarrollar y construir un motor que fuera capaz de cumplir con la tarea, sino que con 39 motores necesarios para cada nave, a pesar que cumplieran con las expectativas de reutilización, se necesitaría ante los planes ambiciosos de tantos vuelos pronosticados por Musk, construirlos en masa.
En principio los Raptor se fabricaban en Hawthorne, California, y luego se transportan a McGregor para su prueba. Pero a fines de 2021, Elon Musk anunció, que construiría una segunda planta de fabricación para los motores Raptor 2 en la misma instalaciones de prueba de McGregor, mientras que Hawthorne se centraría en los Raptor Vaccum, con boquillas más grandes optimizadas para el vacío, así como en diseños nuevos y experimentales. Pero la fabricación de alta cadencia de motores creaba una nueva necesidad. Fue así que Elon Musk decidió construir un nuevo soporte vertical en McGregor. El nuevo banco de pruebas para Raptors que permite hasta un disparo de prueba por día, posiblemente permitiría hasta dos por día. Teniendo disponibles los soportes horizontales anteriores para los Raptor Vaccum y también para los Raptor de nivel del mar, si fuera necesario. En las instalaciones de prueba de McGregor, Texas, también se encuentra un banco de prueba dejado allí por uno de los muchos ocupantes que tuvo el campo en su historia. Apodado el "trípode", por su forma, fue construido por Beal Aerospace. Beal poseía y operaba las instalaciones de McGregor desde finales de los años 90 hasta 2000, cuando la compañía cerró. SpaceX modificó la instalación, para probar las primera etapas de sus Falcon 9 con el encendido de sus 9 motores. Y entre las modificaciones, se agregó un gran desviador de llama refrigerado por agua en la base del soporte para ayudar a desviar el escape de los motores de la primera etapa. Aclaro este detalle porque hay quienes critican la falta de fosos de desvío en la base de la plataforma del Starship. Algunos opinan a que cuando Starship viaja a la Luna o a Marte, no encontrará un lugar para aterrizar o despegar con fosos, sino por el contrario una superficie no preparada, y quizás sea tiempo de ir ensayando como se solucionará este monumental desafío. Esta opinión no es acertada por la razón de que no será el Super Heavy el que despegue de estas superficies, sino lo hará únicamente la nave Starship. Este banco de pruebas del "trípode" se dejó de usar en favor de uno de nueva construcción parcialmente subterráneo, que resolvía muchos problemas, como el ruido. Se desprende de un Tweet de Musk, que estaría interesado en sacarlo de la inactividad para convertirlo en otro banco vertical para los Raptor.
(SpaceX)
La torre de servicio en sí es digna de admiración, se dividió en nueve secciones y se fue apilando con una grúa. Esta provista de un brazo QD (Quick Disconnect) y dos brazos de captura bautizados "Chopsticks" (palillos). Los dos brazos robóticos gigantes de la torre levantan y apilan la nave Starship con el Super Heavy para su integración final* antes del vuelo. Unos momentos después del despegue, y de que las dos etapas se separen en vuelo, Super Heavy regresará al sitio de lanzamiento, volverá a encender sus motores para reducir la velocidad del vehículo y los brazos de la torre atraparán el propulsor del cohete antes de volver a apilarlo en el soporte de lanzamiento orbital para su próximo vuelo.
*Siendo en la torre donde se realiza la integración de ambos vehículos, se rompen con el esquema tradicional de los edificios de ensamblaje de vehículos. El más emblemático de los cuales, es sin dudas, el VAB (Vehicle Assembly Building) (originalmente Vertical Assembly Building) en el Centro Espacial Kennedy, octavo edificio más grande del mundo por su volumen, completado en 1966 para ensamblar las naves Apolo con los cohetes Saturno V. Al año siguiente los soviéticos comenzaron a construir un gran edificio en el cosmódromo de Baikonur. El sistema vertical aparentaba ser el más adecuado y fue adoptado por otros centros espaciales, no obstante los soviéticos se inclinaron por el ensamblaje horizontal y causo sorpresa cuando la CIA mediante el programa clasificado CORONA (primer programa estadounidense de imágenes por satélite 1959-1972) descubrió que el gigantesco cohete soviético Nositel-1 o N-1 se ensamblaba horizontalmente en ese edificio de 60 metros de alto, el MIK (Монтажно-Испытательный Корпус, МИК) Edificio de Montaje y Pruebas-112 (por situarse en el área 112) de Baikonur que en 1972, al momento del cuarto y último intento de lanzamiento del N-1, había pasado de poseer una única plataforma de lanzamiento en 1957 a tener 78. Actualmente el puerto espacial europeo de Kourou que ya ensamblaba los cohetes Soyuz rusos y los Vega horizontalmente ha construido un edificio de ensamblaje para integrar horizontalmente los Ariane 6 y las etapas superiores. Los argumentos han sido el abaratamiento de las instalaciones y la facilidad de acceso a cualquier parte del cohete. No obstante también se provee, al Ariane 6 de un pórtico móvil de 90 m de alto que alberga y protege al lanzador, y facilita la inspección de los técnicos, colocación de 2 o 4 motores según la versión e instalación de la cofia. El pórtico está colocado sobre rieles y se retrotrae antes de los lanzamientos. Dicho sea de paso las torres construidas para los cohetes Nositel-1 o N-1 tenían 145 m de alto, luego se reconstruyeron a 120 m y hoy tienen una altura reducida a 50 metros. Desconocemos si la altura original de las torres del N-1 tuvieron alguna influencia en Musk de construir la Mechazilla de 146 metros, batiendo de esta forma un récord más.
(Foto: Rossiya Segodnya)
Maquetas (de izquierda a derecha) de los cohetes Proton, seguido de tres versiones de Angara, el último el ya cancelado Angara 5V, el Soyuz 5/Irtish y otra versión de Soyuz 5. Es notoria la semejanza entre el Yenisei de la ilustración comparativa previa y la imagen de la maqueta del Soyuz 5/Irtish. La primera etapa de Irtysh podría usarse como propulsores (e incluso núcleo) del cohete súper pesado Yenisei capaz de lanzar 73 t (80 toneladas) a la órbita terrestre baja que suplantaría al Zenit-2 (ucraniano) y al Proton-M. En marzo de 2023, se sumó otro contratiempo, la empresa conjunta kazajo-rusa Baiterek a cargo del sitio 45 de Baikonur desde donde se lanzaban los Zenit-2 y desde donde se pretendía en 2024 lanzar el Soyuz 5, se había apoderado de la instalación luego de presentar una reclamación de aproximadamente 2 mil millones de rublos (30,3 millones de dólares estadounidenses) a TsENKI, una subsidiaria de Roscosmos a cargo del manejo de la infraestructura terrestre. ¹)- Lo más probable es que el cohete Yenisei, jamás se concrete como el cohete pesado anterior de igual nombre pero totalmente distinto de la misma empresa Krúnichev de Moscú destinado a las TGK PK que supuestamente suplantarían a las Progress (que totalizan con 5 variantes y tres versiones modificadas 175 vuelos desde 1978 a la fecha) como naves de carga, cuyos diseños terminaron en la papelera y solo perdure como maqueta de exhibición. Como ya nos tiene acostumbrado desde siempre el sector espacial ruso, con sus innumerables propuestas y también variables concretadas, que han llevado ya a la NASA a identificar las naves Soyuz con una nomenclatura simplificada y unificada, tampoco dejara fuera en el futuro sus proyectos de lanzador pesado con capacidad de exploración lunar. Y si hablamos de Yenisei o Yenisey, es también el nombre de una serie de satélites geoestacionarios que serían continuidad de los Luch, así el que sería el Luch 5V paso a llamarse Yenisei A1 programado para lanzarse en 2015, y ahora quizás en el 2025 por un cohete Angara-A5 Persei (cohete de un postergado desarrollo con solo tres misiones desde el año 2014 y una única de esta versión en su última misión de 2021). Supuestamente el Angara es el cohete que suplantará a el Proton-M que parece destinado a desaparecer con una sola misión en 2020, 2021 y 2023. Todos los mencionados muy lejos de tener la capacidad necesaria para misiones lunares (máximo 25 T en el caso del Angara). Borrados los confusos proyectos de Rogozin, recientemente, Borísov quien lo suplantó al frente de Roscosmos, explicó que "para volar a la Luna (...) es necesario tener un portador superpesado. Es decir, tener la posibilidad de poner en órbita más de 100 toneladas y poder volar luego hasta la Luna, llegar y alunizar el cargamento necesario". Borísov centro sus expectativas en que: "El Amur-SPG podrá ser competitivo entre 2028 y 2029".
²)- El transporte aéreo de carga con más capacidad en servicio para la Fuerza Aérea de Estados Unidos es el Lockheed C-5 Galaxy que vuela a (velocidad máxima operativa [Vno] de 932 km/h [579 MPH; 503 kt] [Mach 0,79] y velocidad crucero [Vc]: 919 km/h [571 MPH; 496 kt] [Mach 0,77]) poco más de 900 km/h. Para llegar a la órbita terrestre baja, Starship acelerará a una velocidad aproximada de 28.000 km/h.
³)- Confiemos de que si el vuelo es exitoso, el mismo se ajuste a la trayectoria planificada ya que la nave Starship se sumergirá en las aguas luego de sobrevolar un sector de la mayor área marina protegida del mundo, que se encuentra situada en las Islas de Sotavento del Archipiélago de Hawái. Nos referimos al monumento nacional marino Papahānaumokuākea cuyo nombre en lengua hawaiana proviene de Papahānaumoku que según las tradiciones populares, es la diosa que dio a luz a las islas y su marido fue Uākea.
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