Starship pronto para despegar (II)
-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
La empresa de Elon Musk, SpaceX, ha esperado más de 500 días 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, para este lanzamiento que fue postergado el día 17/04/2023. En este día, una falla producida en una válvula de presurización congelada, no permitió llegar el gas helio al tanque de combustible que es necesario para la presurización durante la carga de propelente mientras el cohete se encuentra en la rampa de lanzamiento, e hizo que la cuenta regresiva se detuviera faltando 17 minutos para el despegue.
En la mañana del 20/04/2023 el sistema Starship se yergue con sus 120 metros de altura, sobre la llamada "etapa cero", en la torre completamente apilada en julio de 2021, cuando una grúa levantó la novena sección y logro hacerla llegar a los 146 metros, convirtiéndola en la rampa de lanzamiento más alta del mundo jamás construida. (foto: Spacex)
Cuando se anunció el proyecto ITS, el Transporte Espacial Interplanetario de SpaceX, el proyecto de un alcance sin precedentes y cuya nave estelar parecía salida de una revista de ciencia ficción de la década de los años 50, muy pocos fueron los optimistas que confiaron en que el mismo tuviera posibilidades de concretarse. Siete años después, con un cronograma un tanto atrasado, todo indica que el proyecto está venciendo todas las enormes dificultades a las que se enfrentaba, aunque aún le resta un arduo camino por recorrer.
El reto inicial era diseñar y construir un vehículo lanzador de una potencia superior a todo lo que se había construido hasta el momento, pero que además fuera reutilizable muchísimas veces. SpaceX había comenzado su experiencia espacial con la construcción de un vehículo de lanzamiento de elevación pequeña, al que bautizó Falcon 1 (Halcón 1) que era un cohete de dos etapas propulsadas por motores alimentados por combustible líquido (LOX/RP-1 [queroseno]). La empresa aeroespacial estadounidense de Musk se encargó de producir los motores utilizados bautizándolos con nombres de aves rapaces, utilizando un único motor Merlin¹) ("esmerejón") para la primera etapa y un único Kestrel ("cernicola") para la segunda. El Merlin fue diseñado originalmente para su recuperación por paracaídas en el mar y posterior reutilización, pero desde el primer intento que resultó exitoso el 22/12/2015 en el primer vuelo de la versión "Full Thrust" (v1.2 vuelo 20 de los Falcon 9), toda la primera etapa (booster b1019) del Falcon 9 se recupera descendiendo verticalmente en una plataforma de aterrizaje utilizando uno de sus nueve motores Merlin. La reutilización fundamental para reducir los costos fue rápidamente adoptada por otros operadores. La empresa SpaceX, a partir de las primeras etapas de su vehículo lanzador Falcon 9 parcialmente reutilizable había hecho posible que las etapas de un cohete fueran reutilizables (RLV, por Reusable Launch Vehicle). Hasta ese instante, únicamente los transbordadores espaciales de Estados Unidos y la Unión Soviética eran parcialmente reutilizables. El sistema Starship está propuesto para ser totalmente reutilizado. Es capaz de generar la asombrosa cantidad de 7.590.000 kilogramos de fuerza (16.7 millones de libras) de empuje máximo en el despegue con sus 33 motores Raptor diseñados por SpaceX, el doble de la potencia del cohete lunar Space Launch System de la NASA. El lanzador Super Heavy tiene 69 metros de altura y 9 de diámetro y puede almacenar 3.400 toneladas de propelente (78% de LOX y 22% de metano líquido).
Encendido de prueba de los motores Raptor 2 del Super Heavy B7.
(Elon Musk/SpaceX)
Otro reto era construir una nave capaz de albergar a un centenar de personas y una nave petrolera apta para reabastecerla en el espacio. La nave se planificaba con capacidad de realizar 12 viajes de ida y vuelta al planeta Marte y el petrolero de efectuar hasta 100 vuelos. La estandarización en el diseño de la nave y el petrolero permite utilizar las mismas herramientas y técnicas de fabricación, agilizando el proceso de producción y reduciendo el costo de desarrollo. Los vehículos están provistos de elementos de elevación que le permitirán ralentizar el descenso a través de las atmósferas de los cuerpos celestes reduciendo la velocidad y minimizando la cantidad de propelente necesaria para la combustión usada en el aterrizaje, y en el futuro dispondrán de gigantescos paneles solares destinados a proveerles de la energía necesaria. El control de actitud se apoyará en unos 40 propulsores individuales y la protección térmica reutilizable está basado en el material PICA-X previamente utilizado en las naves Dragon de la empresa. El material ablativo de carbono impregnado fenólico (PICA) fue desarrollado en el Centro de Investigación Ames de la NASA. Este material se utilizó como material de protección térmica del cuerpo delantero para la cápsula de retorno de muestras Stardust, que volvió a entrar en la atmósfera de la Tierra en 2006. Basado en PICA, SpaceX desarrolló PICA-X. Son 8.000 las losas de material ablativo PICA-X que protegen la parte expuesta a las altas temperatura de la nave Starship en sus ingresos. Durante la fase de entrada en la atmósfera de Marte, de composición muy diferente a la de nuestro planeta, se espera que viaje a más de 8,5 kilómetros por segundo y utilizaría su capacidad de elevación aerodinámica para desacelerar a una fuerza G máxima referenciada a la Tierra de 6 Gs con un calentamiento máximo de 1.700°C. Volviendo a la Tierra desde el planeta rojo, Starship entraría a una velocidad de 12,5 km/s o más, aunque a través de su diseño de cuerpo de elevación y la densa atmósfera de la Tierra se puede crear un perfil de entrada más benigno con picos en 3Gs. En las pruebas anteriormente desarrolladas se ha demostrado con éxito un enfoque sin precedentes para el vuelo controlado. Estas pruebas de vuelo ayudaron a validar el diseño del vehículo, demostrando que Starship puede volar a través de la fase subsónica de entrada antes de volver a encender sus motores y cambiar a una configuración vertical para el aterrizaje. La nave tiene 50 metros de alto y al igual que el Super Heavy, 9 metros de diámetro, pudiendo almacenar 1.200 toneladas de propelente y proveer 1.500 toneladas de fuerza de empuje máximo en sus 6 motores Raptor (3 de ellos para operar en vacío y 3 optimizados para operar en el nivel del mar). En el caso de las naves nodrizas, como es obvio, estas carecerán del parabrisas y de las ventanillas presentes en la parte delantera de las tripuladas. Lo otro que no será necesario en este tipo de naves son los paneles solares ya que sus estadías en el espacio no se prolongaran durante mucho tiempo, por lo que no necesitarán generación de energía. La nave Spaceship llegará a la órbita terrestre con los tanques de combustible prácticamente vacíos, habiendo utilizado casi todo su suministro de propelente de 1.950 toneladas métricas para lograr una órbita terrestre baja (LEO). Es por lo tanto de máxima importancia el reabastecimiento en órbita de la misma a través de una flota de naves cisternas. La nave cisterna volando de ida y vuelta entre la Tierra y la órbita terrestre baja para entregar propelente a la nave espacial, debido a que su interior solo consiste en tanques de propelente compuesto, podrá ver su masa seca reducida a aproximadamente 90 toneladas métricas, quedando capacitada para transportar aparte de las 2.500 toneladas métricas de propelente que el tanquero utiliza para su uso durante su propia misión, 380 t de masa propulsora que puede ser transferida a la nave espacial. Con esos parámetros antes de su partida hacia Marte se necesitarían un total de cinco viajes de tanqueras para abastecer con lo necesario a cada nave espacial.
(SpaceX)
La Ship 24 apilada sobre el Booster 7, lista para su lanzamiento. Se puede apreciar el brazo QD (Quick Disconnect) y los dos brazos de captura bautizados "Chopsticks" (palillos) de la torre. Los dos brazos robóticos gigantes de la torre sirven para levantar y apilar la nave Starship con el Super Heavy para su integración final antes del vuelo y en el futuro se planea que atrapen al Super Heavy al regreso de su lanzamiento para su pronta reutilización, pues se planifica que este sistema sea totalmente reutilizable. Lógicamente, se puede utilizar este sistema con el Super Heavy desechable, aumentando de esta manera en un 50% su capacidad de carga útil al prescindir de todo lo necesario para el descenso controlado.
Luego de la suspensión del 17/04/2023 se programó el lanzamiento para el jueves 20/04/2023 para la primera prueba de vuelo de una nave espacial totalmente integrada con un cohete Super Heavy desde la Starbase en Texas, cerca de la frontera de Méjico. La ventana de lanzamiento de 62 minutos se abre a las 8:28 a.m. CT y se cierra a las 9:30 a.m. CT (Central Time). SpaceX declara que "Con una prueba como esta, el éxito se mide por cuánto podemos aprender, lo que informará y mejorará la probabilidad de éxito en el futuro a medida que SpaceX avance rápidamente en el desarrollo de Starship".
Cronograma de SpaceX para la misión:
Fuente: SpaceX
HORAS/MIN/SEG EVENTO
02:00:00 Director de vuelo de SpaceX realiza una revisión y verifica la carga del propulsor.
01:39:00 Carga en marcha del LOX (oxígeno líquido) en el Booster (B7).
01:39:00 Carga de combustible del refuerzo (metano líquido) en marcha.
01:22:00 Carga de combustible de la nave (metano líquido) en marcha.
01:17:00 Carga LOX de envío en marcha.
00:16:40 Raptor comienza el enfriamiento del motor en el refuerzo.
00:00:40 Las interfaces fluidas comienzan su secuencia de ventilación.
00:00:08 Comienza la secuencia de inicio de los motores Raptor.
00:00:00 Emoción garantizada
La finalización de los hitos a continuación no es necesaria para una prueba exitosa, pero cada hito completado sin duda será una prueba emocionante. Todos los tiempos aproximados.
HORAS/MIN/SEG EVENTO
00:00:55 Max Q
(momento de máxima tensión mecánica en el cohete)
00:02:49 Corte del motor principal del amplificador
00:02:52 Separación de etapas
00:02:57 Encendido de la nave estelar
00:03:11 Booster Boostback Burn Inicio
00:04:06 Booster Boostback Burn Shutdown(Apagado de la combustión de refuerzo)
00:07:32 Booster es Transónico
00:07:40 Inicio de Booster Landing Burn
00:08:03 Booster Landing Burn Shutdown
00:09:20 Corte del motor de Starship
01:17:21 Entrada de Starship
01:28:43 Starship es Transónico
01:30:00 Starship ameriza.
¹)- Luego de tres lanzamientos que fracasaron entre 2006 y 2008, se suplantó el Merlin 1A por la versión 1C en los dos vuelos que siguieron y dieron fin a la utilización del Falcon-1. La versión mejorada del Merlin 1A, signada 1B se planeaba utilizar en el Falcon 9, pero finalmente de la misma forma que en los dos últimos cohetes Falcon-1 lanzados se suplanto por la 1C. El día 28/09/2008, el primer lanzamiento exitoso del Falcon 1, se convirtió en el primer lanzamiento orbital exitoso de cualquier cohete portador totalmente propulsado por combustible líquido financiado y desarrollado por fondos privados. En 2011 la evolución del Merlin dio la bienvenida a la versión Merlin 1D que ha servido para los principales lanzamientos de Space X, desde que fue utilizado por primera vez en 2013.
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