Antares ( / æ n ˈ t ɑː r iː z / ), conocido durante su desarrollo inicial como Taurus II , es un vehículo de lanzamiento de carga media desechable estadounidense desarrollado y construido por Orbital Sciences Corporation (más tarde Orbital ATK y Northrop Grumman ) con apoyo financiero de la NASA bajo el programa Commercial Orbital Transportation Services (COTS) otorgado en febrero de 2008, junto con la nave espacial de carga automatizada de la compañía, Cygnus . Al igual que otros vehículos de lanzamiento desarrollados por Orbital, Antares aprovechó piezas y diseños listos para usar de menor costo.
La primera etapa está alimentada por combustible líquido , que quema RP-1 (queroseno) y oxígeno líquido (LOX). Debido a la limitada experiencia de Orbital con grandes etapas líquidas, la construcción se subcontrató a las empresas ucranianas Pivdenne y Pivdenmash . Inicialmente, la serie Antares 100 utilizó motores NK-33 renovados, restos del cohete lunar soviético N1 . Sin embargo, después de una explosión catastrófica, la serie Antares 200 pasó a utilizar motores rusos RD-191 de nueva construcción . Tras la invasión rusa de Ucrania, Northrop Grumman anunció planes para el Antares 300, que presenta una nueva primera etapa desarrollada en asociación con Firefly Aerospace . La nueva primera etapa, similar al vehículo de lanzamiento MLV de Firefly, incorporará estructuras compuestas y siete motores Miranda , lo que aumentará la capacidad de carga útil del Antares.
La segunda etapa es un cohete de combustible sólido de la serie Castor 30 , derivado del motor sólido Castor 120 utilizado en el Minotaur-C de Orbital (el Taurus I original), y basado en la primera etapa de un misil balístico intercontinental Peacekeeper . Si bien se ofrece una tercera etapa opcional, nunca se ha utilizado debido al módulo de servicio integrado de la nave espacial Cygnus.
El 21 de abril de 2013, Antares realizó su vuelo inaugural con el lanzamiento de la misión Antares A-ONE desde el LP-0A en el Puerto Espacial Regional del Atlántico Medio (MARS) con un simulador de masa Cygnus. Más tarde ese año, el 18 de septiembre, el cohete lanzó con éxito Orb-D1 , la primera misión Cygnus en llegar a la Estación Espacial Internacional (ISS). Tras la finalización exitosa de estas dos misiones de demostración COTS, Antares y Cygnus han recibido dos contratos de servicios de reabastecimiento comercial , que abarcan un total de 25 misiones a la ISS.
El programa COTS también financió el desarrollo de la nave espacial Dragon y el cohete Falcon 9 de SpaceX , con el objetivo de estimular la industria espacial comercial mediante la creación de dos vehículos de lanzamiento de carga media. Si bien el Falcon 9 de SpaceX ha logrado un éxito comercial significativo, Antares no lo ha logrado. Hasta la fecha, la NASA sigue siendo el único cliente de Antares y Cygnus su única carga útil.
A medida que el programa del transbordador espacial se acercaba a su fin, la NASA buscó desarrollar nuevas capacidades para reabastecer la Estación Espacial Internacional (ISS). Alejándose del modelo tradicional de naves espaciales propiedad y operadas por el gobierno, la agencia propuso un nuevo enfoque: compañías comerciales operarían las naves espaciales, mientras que la NASA actuaría como cliente.
Para fomentar la innovación, la NASA ofreció financiación a través del programa de Servicios de Transporte Orbital Comercial (COTS, por sus siglas en inglés) para apoyar el desarrollo de nuevas naves espaciales y vehículos de lanzamiento. El 19 de febrero de 2008, la NASA anunció que otorgaría a Orbital Sciences Corporation un contrato COTS por valor de 171 millones de dólares. Se esperaba que Orbital invirtiera 150 millones de dólares adicionales, divididos entre 130 millones de dólares para el cohete propulsor y 20 millones de dólares para la nave espacial. [12]
Como parte del programa COTS, se espera que Orbital realice una demostración exitosa de su cohete propulsor y nave espacial. Si ambos vuelos de demostración tienen éxito, Orbital podría optar a un lucrativo contrato de Servicio de Reabastecimiento Comercial por 1.900 millones de dólares para ocho vuelos a la ISS. [13]
En junio de 2008, se anunció que el Mid-Atlantic Regional Spaceport , anteriormente parte de Wallops Flight Facility , en Virginia , sería el sitio de lanzamiento principal del cohete. [14] La plataforma de lanzamiento 0A (LP-0A), utilizada anteriormente para el fallido cohete Conestoga , se modificaría para manejar Antares. [15] Wallops permite lanzamientos que alcanzan la órbita de la Estación Espacial Internacional con la misma eficacia que los de Cabo Cañaveral , Florida, al mismo tiempo que están menos concurridos. [12] [16] El primer vuelo de Antares lanzó un simulador de masa Cygnus. [17]
El 10 de diciembre de 2009, Alliant Techsystems Inc. (ATK) probó su motor Castor 30 para su uso en la segunda etapa del cohete Antares. [18] En marzo de 2010, Orbital Sciences y Aerojet completaron las pruebas de encendido de los motores AJ-26 . [19]
Originalmente designado Taurus II, Orbital Sciences renombró el vehículo Antares, en honor a la estrella del mismo nombre , [20] el 12 de diciembre de 2011.
En abril de 2012, los costos de desarrollo se estimaron en 472 millones de dólares. [1]
El 22 de febrero de 2013 se realizó con éxito una prueba de fuego en caliente, en la que toda la primera etapa se montó en la plataforma y se mantuvo abajo mientras los motores se encendían durante 29 segundos. [17]
La primera etapa del Antares quema RP-1 (queroseno) y oxígeno líquido (LOX). Como Orbital tenía poca experiencia con grandes etapas líquidas y propulsor LOX, el núcleo de la primera etapa fue diseñado y fabricado en Ucrania por Pivdenne Design Office y Pivdenmash [12] e incluye tanques de propulsor, tanques de presurización, válvulas, sensores, líneas de alimentación, tubos, cableado y otro hardware asociado. [21] Al igual que el Zenit —también fabricado por Pivdenmash— el vehículo Antares tiene un diámetro de 3,9 m (150 pulgadas) con un carenado de carga útil correspondiente de 3,9 m . [6]
La primera etapa del Antares serie 100 estaba propulsada por dos motores Aerojet AJ26 . Estos comenzaron siendo motores Kuznetsov NK-33 construidos en la Unión Soviética a fines de la década de 1960 y principios de la de 1970, 43 de los cuales fueron adquiridos por Aerojet en la década de 1990. Veinte de estos fueron reacondicionados como motores AJ26 para Antares. [22] Las modificaciones incluyeron equipar los motores para cardán , agregar electrónica estadounidense y calificar los motores para que funcionaran durante el doble de tiempo del diseñado y para operar al 108% de su empuje original. [3] [19] Juntos produjeron 3265 kilonewtons (734 000 lb f ) de empuje al nivel del mar y 3630 kN (816 100 lb f ) en vacío. [8]
Tras la falla catastrófica de un AJ26 durante las pruebas en el Centro Espacial Stennis en mayo de 2014 y la falla del lanzamiento del Orb-3 en octubre de 2014, probablemente causada por una turbobomba del motor, [23] la serie Antares 100 fue retirada.
Debido a las preocupaciones sobre la corrosión, el envejecimiento y el suministro limitado de motores AJ26, Orbital había seleccionado nuevos motores de primera etapa [19] [24] para ofertar en un segundo contrato importante a largo plazo para el reabastecimiento de carga de la ISS . Después de la pérdida del cohete Antares en octubre de 2014, Orbital Sciences anunció que el RD-181 ruso, una versión modificada del RD-191 , reemplazaría al AJ-26 en la serie Antares 200. [25] [26] El primer vuelo de la configuración Antares 230 utilizando el RD-181 se lanzó el 17 de octubre de 2016, llevando la carga Cygnus OA-5 a la ISS .
Las primeras etapas de los Antares 200 y 200+ están propulsadas por dos motores RD-181, que proporcionan 440 kilonewtons (100.000 lbf) más de empuje que los motores duales AJ26 utilizados en el Antares 100. Orbital adaptó la etapa central existente para acomodarse al mayor rendimiento de la Serie 200, lo que le permitió a Antares entregar hasta 6.500 kg (14.300 lb) a la órbita baja de la Tierra. [7] El rendimiento excedente de la serie Antares 200 permitirá a Orbital cumplir con su contrato de reabastecimiento de la ISS en solo cuatro vuelos adicionales, en lugar de los cinco que se habrían requerido con la serie Antares 100. [27] [28] [29]
Si bien la serie 200 adaptó las etapas de la serie 100 originalmente ordenadas ( KB Pivdenne / Pivdenmash , derivadas de Zenit), [30] requiere reducir el acelerador de los motores RD-181, lo que reduce el rendimiento. [28]
El Antares fue actualizado a Antares 230+ para el contrato de Servicios de Reabastecimiento Comercial 2 de la NASA. NG-12, lanzada el 2 de noviembre de 2019, fue la primera misión CRS-2 de la NASA a la ISS que utilizó las actualizaciones 230+. Las actualizaciones más significativas fueron cambios estructurales en el compartimiento entre tanques (entre los tanques LOX y RP-1) y el compartimiento delantero (delante del LOX). Además, la compañía está trabajando en mejoras de trayectoria a través de un "piloto automático de liberación de carga" que proporcionará una mayor capacidad de masa a órbita. [31]
En agosto de 2022, Northrop Grumman anunció que había contratado a Firefly Aerospace para construir la primera etapa de la serie 300, que es similar al vehículo de lanzamiento MLV en desarrollo de Firefly , y presenta las mismas estructuras compuestas, así como siete motores Miranda que producen 7200 kN (1 600 000 lbf) de empuje, sustancialmente mayor que la primera etapa anterior de la serie 200. Northrop Grumman afirma que la nueva primera etapa aumenta sustancialmente la capacidad de masa de Antares. [32] [9]
El anuncio se produjo como resultado de la invasión rusa de Ucrania en 2022 , que ha puesto en peligro las cadenas de suministro de las primeras etapas anteriores, que se fabrican en Ucrania y utilizan motores RD-181 de Rusia. [33]
La segunda etapa es un cohete de combustible sólido Castor 30 de la serie Orbital ATK , desarrollado como un derivado del motor sólido Castor 120 utilizado como primera etapa del Minotaur-C , basado a su vez en una primera etapa del ICBM LGM-118 Peacekeeper . [34] Los dos primeros vuelos del Antares utilizaron un Castor 30A, que fue reemplazado por el Castor 30B mejorado para los vuelos posteriores. El Castor 30B produce un empuje promedio de 293,4 kN (65 960 lb· f ) y un empuje máximo de 395,7 kN (88 960 lb ·f ), y utiliza un control de vector de empuje electromecánico . [8] Para un mayor rendimiento, está disponible el Castor 30XL más grande [30] y se utilizará en vuelos de reabastecimiento de la ISS para permitir que el Antares transporte el Cygnus mejorado. [8] [35] [36]
La etapa superior Castor 30XL para Antares 230+ se está optimizando para el contrato CRS-2. El diseño inicial del Castor 30XL se construyó de manera conservadora y, después de adquirir experiencia de vuelo, se determinó que el componente estructural de la carcasa del motor se podía aligerar. [31]
Antares ofrece tres terceras etapas opcionales: la tercera etapa bipropelente (BTS), una tercera etapa basada en Star 48 y un motor Orion 38. BTS se deriva del GEOStar de Orbital , un bus espacial y utiliza tetróxido de nitrógeno e hidracina como propulsor; está destinado a colocar cargas útiles con precisión en sus órbitas finales. [6] La etapa basada en Star 48 utiliza un motor de cohete sólido Star 48BV y se utilizaría para órbitas de mayor energía. [6] El Orion 38 se utiliza en los cohetes Minotaur y Pegasus como etapa superior. [37]
El carenado de 3,9 metros (13 pies) de diámetro y 9,9 metros (32 pies) de alto es fabricado por Northrop Grumman de Iuka, Mississippi , que también construye otras estructuras compuestas para el vehículo, incluido el adaptador de carenado combinado, el dodecágono, el cono del motor y la etapa intermedia. [38]
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El 14 de enero de 2016, la NASA adjudicó tres contratos de carga a través de CRS-2. Cygnus de Orbital ATK fue uno de estos contratos. [39]
Según Mark Pieczynski, vicepresidente del grupo de sistemas de vuelo de Orbital ATK, "se está desarrollando una versión mejorada [de Antares para el contrato CRS-2] que incluirá: actualizaciones del núcleo de la Etapa 1 que incluyen refuerzos estructurales y optimización para adaptarse a cargas mayores. (También) ciertos refinamientos en los motores RD-181 y el motor CASTOR 30XL; y mejoras en el alojamiento de la carga útil que incluyen una característica de 'techo abatible' incorporada en el carenado para permitir la carga del Cygnus tardío y una estructura de adaptador de carenado optimizada".
Anteriormente, se entendía que estas actualizaciones planificadas de la serie Antares 230 crearían un vehículo conocido como la serie Antares 300. Sin embargo, cuando se le preguntó específicamente sobre el desarrollo de la serie Antares 300, el Sr. Pieczynski afirmó que Orbital ATK "no ha decidido llamar a las actualizaciones en las que estamos trabajando, una serie 300. Esto todavía está por determinarse". [40]
En mayo de 2018, el director del programa Antares, Kurt Eberly, indicó que las actualizaciones se denominarán Antares 230+. [31]
Los dos primeros vuelos de prueba utilizaron una segunda etapa Castor 30A . Todos los vuelos posteriores utilizarán un Castor 30B o un Castor 30XL . La configuración del cohete se indica mediante un número de tres dígitos, el primer número representa la primera etapa, el segundo el tipo de segunda etapa y el tercero el tipo de tercera etapa. [35] Un signo + agregado como sufijo (cuarta posición) significa mejoras de rendimiento en la variante Antares 230.
Originalmente programado para 2012, el primer lanzamiento de Antares, designado A-ONE [41] se realizó el 21 de abril de 2013, [42] llevando el Simulador de Masa Cygnus (una nave espacial Cygnus estándar ) y cuatro CubeSats contratados por Spaceflight Incorporated: Dove 1 para Cosmogia Incorporated (ahora Planet Labs) y tres satélites PhoneSat: Alexander , [43] Graham y Bell para la NASA. [44]
Antes del lanzamiento, el 22 de febrero de 2013 se realizó con éxito una prueba de encendido de 27 segundos de los motores AJ26 del cohete, tras un intento el 13 de febrero que fue abandonado antes del encendido. [17]
A-ONE utilizó la configuración Antares 110, con una segunda etapa Castor 30A y sin tercera etapa. El lanzamiento se realizó desde la plataforma 0A del puerto espacial regional del Atlántico medio en la isla Wallops , Virginia . LP-0A era un antiguo complejo de lanzamiento de Conestoga que solo se había utilizado una vez antes, en 1995, para el único intento de lanzamiento orbital de Conestoga. [11] Antares se convirtió en el cohete de combustible líquido más grande (y el primero) en volar desde la isla Wallops, así como en el cohete más grande lanzado por Orbital Sciences. [41]
El primer intento de lanzamiento del cohete, el 17 de abril de 2013, fue cancelado después de que un cordón umbilical se desprendiera de la segunda etapa del cohete, y un segundo intento el 20 de abril fue cancelado debido a los vientos de gran altitud. [45] En el tercer intento el 21 de abril, el cohete despegó al comienzo de su ventana de lanzamiento. La ventana de lanzamiento para los tres intentos fue de tres horas a partir de las 21:00 UTC (17:00 EDT ), acortándose a dos horas al comienzo del recuento terminal, y diez minutos más tarde [ aclaración necesaria ] en el recuento. [11] [46]
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El 28 de octubre de 2014, el intento de lanzamiento de un Antares que transportaba una nave espacial de carga Cygnus en la misión de reabastecimiento Orb-3 fracasó catastróficamente seis segundos después del despegue del Puerto Espacial Regional del Atlántico Medio en Wallops Flight Facility , Virginia . [47] Se produjo una explosión en la sección de empuje justo cuando el vehículo superaba la torre y cayó de nuevo sobre la plataforma de lanzamiento. El oficial de seguridad de rango envió el comando de destrucción justo antes del impacto. [48] [49] No hubo heridos. [50] Orbital Sciences informó que la plataforma de lanzamiento 0A "escapó de daños significativos", [49] aunque las estimaciones iniciales para las reparaciones estaban en el rango de los 20 millones de dólares. [51] Orbital Sciences formó una junta de investigación de anomalías para investigar la causa del incidente. Lo rastrearon hasta una falla de la turbobomba LOX de la primera etapa, pero no pudieron encontrar una causa específica. Sin embargo, se sospechaba que los motores NK-33 reacondicionados, fabricados originalmente más de 40 años antes y almacenados durante décadas, tenían fugas, corrosión o defectos de fabricación que no se habían detectado. [52] El Informe de Investigación de Accidentes de la NASA fue más directo en su evaluación de la falla. [53] El 6 de octubre de 2015, casi un año después del accidente, la plataforma 0A fue restaurada para su uso. Los costos totales de reparación fueron de aproximadamente $15 millones. [54]
Tras el fracaso, Orbital buscó comprar servicios de lanzamiento para su nave espacial Cygnus con el fin de satisfacer su contrato de carga con la NASA, [24] y el 9 de diciembre de 2014, Orbital anunció que al menos uno, y posiblemente dos, vuelos Cygnus se lanzarían en cohetes Atlas V desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral . [55] Resultó que Cygnus OA-4 y Cygnus OA-6 se lanzaron con un Atlas V y el Antares 230 realizó su vuelo inaugural con Cygnus OA-5 en octubre de 2016. Se lanzó otra misión a bordo de un Atlas en abril de 2017 ( Cygnus OA-7 ), cumpliendo con las obligaciones contractuales de Orbital con la NASA. Fue seguido por el Antares 230 en servicio regular con Cygnus OA-8E en noviembre de 2017, con tres misiones más programadas en su contrato extendido.
Nota: Cygnus CRS OA-4 , la primera misión Enhanced Cygnus, y Cygnus OA-6 fueron propulsados por vehículos de lanzamiento Atlas V 401 mientras que el nuevo Antares 230 estaba en sus últimas etapas de desarrollo. Cygnus CRS OA-7 también fue propulsado por un Atlas V 401 y lanzado el 18 de abril de 2017.
Nota: Cygnus NG-20 y Cygnus NG-21 fueron lanzados por vehículos de lanzamiento Falcon 9 Bloque 5, y Cygnus NG-22 será propulsado por vehículos de lanzamiento Falcon 9 Bloque 5 mientras el nuevo Antares 330 está en desarrollo.
La siguiente tabla muestra una secuencia de lanzamiento típica de cohetes de la serie Antares-100, como por ejemplo para el lanzamiento de una nave espacial Cygnus en una misión de reabastecimiento de carga a la Estación Espacial Internacional. [66] La fase de lanzamiento al vacío es necesaria porque la etapa superior de combustible sólido tiene un tiempo de combustión corto. [95]
{{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link)Orbital ha anunciado que está planeando utilizar otro motor en Antares y que probablemente no utilizará más de los motores AJ-26 de 40 años de antigüedad en el próximo vuelo del cohete, que Orbital espera realizar en 2016.
LSP Vehicle Systems Engineering, Propulsion Engineering, Stress, Avionics y SMA (Safety and Mission Assurance) participaron en el CDR de la Etapa 1 de Antares para las modificaciones necesarias para integrar los motores RD-181 en los niveles de empuje de 230 y 330.
No hay evidencia de daños significativos
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