Atlas V [a] es un sistema de lanzamiento desechable y la quinta versión principal de la familia de vehículos de lanzamiento Atlas . Fue diseñado por Lockheed Martin y ha sido operado por United Launch Alliance (ULA) [b] desde 2006. Se utiliza para el Departamento de Defensa , la NASA y cargas comerciales. Es el cohete activo más antiguo de Estados Unidos. Después de 87 lanzamientos, en agosto de 2021 ULA anunció que Atlas V se retiraría y se habían vendido los 29 lanzamientos restantes. A julio de 2024 [actualizar], quedan 15 lanzamientos. La producción cesó en 2024. [10] Otros lanzamientos futuros de ULA utilizarán el cohete Vulcan Centaur . [11]
La primera etapa del Atlas V, el Common Core Booster (que no debe confundirse con el Common Booster Core del Delta IV ), tiene 3,8 m (12 pies) de diámetro y 32,5 m (107 pies) de longitud. Está propulsado por un motor principal ruso NPO Energomash RD-180 que quema 284.450 kg (627.100 lb) de oxígeno líquido y RP-1 . El propulsor funciona durante unos cuatro minutos, proporcionando unos 4 MN (900.000 lb f ) de empuje. [15] El empuje se puede aumentar con hasta cinco cohetes propulsores sólidos Aerojet AJ-60A o Northrop Grumman GEM 63 , cada uno de los cuales proporciona 1,27 MN (290.000 lb f ) adicionales de empuje durante 94 segundos.
Las principales diferencias entre el Atlas V y los vehículos de lanzamiento de las familias Atlas I y II anteriores son:
Los puntos de alojamiento para etapas paralelas, tanto sólidos más pequeños como líquidos idénticos, están integrados en las estructuras de la primera etapa. [15]
La técnica de "etapa 1,5" ya no se utiliza, ya que se suspendió en el Atlas III con la introducción del motor ruso RD-180. [15]
El diámetro del escenario principal aumentó de 3,0 a 3,7 m (9,8 a 12,1 pies). [16]
Etapa superior del centauro
La etapa superior del Centaur utiliza un diseño de tanque de combustible estabilizado por presión y combustibles criogénicos . La etapa Centaur del Atlas V se extiende 1,7 m (5 pies 7 pulgadas) en relación con el Atlas IIAS Centaur y está propulsada por uno o dos motores Aerojet Rocketdyne RL10A-4-2, cada uno de los cuales desarrolla un empuje de 99,2 kN (22 300 lb f ). La unidad de navegación inercial (INU) ubicada en el Centaur proporciona guía y navegación tanto para el Atlas como para el Centaur y controla las presiones de los tanques del Atlas y del Centaur y el uso del combustible. Los motores del Centaur son capaces de múltiples arranques en el espacio, lo que hace posible la inserción en la órbita baja de estacionamiento terrestre , seguida de un período de inercia y luego la inserción en la órbita geoestacionaria . [17] Una tercera quema posterior después de una inercia de varias horas puede permitir la inyección directa de cargas útiles en la órbita geoestacionaria . [ cita requerida ]
A partir de 2006 [actualizar], el vehículo Centaur tenía la mayor proporción de combustible combustible en relación con la masa total de cualquier etapa superior de hidrógeno moderna y, por lo tanto, puede transportar cargas útiles sustanciales a un estado de alta energía. [18]
Carenado de carga útil
Los carenados de carga útil del Atlas V están disponibles en dos diámetros, dependiendo de los requisitos del satélite. El carenado de 4,2 m (14 pies) de diámetro, [19] diseñado originalmente para el cohete Atlas II , viene en tres longitudes diferentes: la versión original de 9 m (30 pies) y las versiones extendidas de 10 y 11 m (33 y 36 pies), que volaron por primera vez respectivamente en las misiones AV-008/ Astra 1KR y AV-004/ Inmarsat-4 F1 . Se han considerado carenados de hasta 7,2 m (24 pies) de diámetro y 32,3 m (106 pies) de longitud, pero nunca se implementaron. [12]
Un carenado de 5,4 m (18 pies) de diámetro, con un diámetro utilizable internamente de 4,57 m (15,0 pies), fue desarrollado y construido por RUAG Space [20] en Suiza . El carenado RUAG utiliza una construcción compuesta de fibra de carbono y se basa en un carenado similar probado en vuelo para el Ariane 5. Se fabrican tres configuraciones para soportar el Atlas V: 20,7 m (68 pies), 23,4 m (77 pies) y 26,5 m (87 pies) de largo. [20] Mientras que el carenado clásico de 4,2 m (14 pies) cubre solo la carga útil, el carenado RUAG es mucho más largo y encierra completamente tanto la etapa superior del Centaur como la carga útil. [21]
Actualizaciones
Muchos de los sistemas del Atlas V han sido objeto de actualizaciones y mejoras tanto antes del primer vuelo del Atlas V como desde entonces. El trabajo sobre una unidad de navegación inercial tolerante a fallos (FTINU) comenzó en 2001 para mejorar la fiabilidad de las misiones de los vehículos Atlas sustituyendo el anterior equipo de navegación y computación no redundante por una unidad tolerante a fallos. [22] La FTINU mejorada voló por primera vez en 2006, [23] y en 2010 se adjudicó un pedido de seguimiento para más unidades FTINU. [24]
En febrero de 2011, la ULA había recibido una extensión hasta abril de 2011 de la NASA y estaba terminando el trabajo en el EDS. [29]
En octubre de 2010, la NASA solicitó propuestas para la fase 2 del CCP y la ULA propuso completar el trabajo de diseño del EDS. En ese momento, el objetivo de la NASA era poner astronautas en órbita en 2015. El entonces presidente y director ejecutivo de la ULA, Michael Gass, afirmó que era posible acelerar el cronograma hasta 2014 si se conseguían fondos. [30] Aparte de la incorporación del Sistema de Detección de Emergencias, no se esperaban cambios importantes en el cohete Atlas V, pero se planeaban modificaciones en la infraestructura terrestre. El candidato más probable para la habilitación para humanos era la configuración N02, sin carenado, sin cohetes propulsores sólidos y con dos motores RL10 en la etapa superior del Centaur. [30]
El 18 de julio de 2011, la NASA y la ULA anunciaron un acuerdo sobre la posibilidad de certificar el Atlas V según los estándares de la NASA para vuelos espaciales tripulados. [31] La ULA acordó proporcionar a la NASA datos sobre el Atlas V, mientras que la NASA proporcionaría a la ULA un borrador de los requisitos de certificación humana. [31] En 2011, el Atlas V apto para vuelos humanos también estaba todavía bajo consideración para llevar a los participantes de los vuelos espaciales a la propuesta Estación Espacial Comercial Bigelow . [32]
En 2011, Sierra Nevada Corporation (SNC) eligió al Atlas V para ser el propulsor de su avión espacial tripulado Dream Chaser, aún en desarrollo . [33] El Dream Chaser estaba destinado a ser lanzado en un Atlas V, llevar una tripulación a la ISS y aterrizar horizontalmente después de un reingreso con un cuerpo sustentador . [33] Sin embargo, a fines de 2014, la NASA no seleccionó al Dream Chaser para ser uno de los dos vehículos seleccionados en el concurso de tripulación comercial .
El 4 de agosto de 2011, Boeing anunció que utilizaría el Atlas V como vehículo de lanzamiento inicial para su cápsula de tripulación CST-100 . La CST-100 llevará a los astronautas de la NASA a la Estación Espacial Internacional (ISS) y también estaba destinada a dar servicio a la propuesta Estación Espacial Comercial Bigelow . [34] [35] Se proyectaba que un programa de prueba de tres vuelos se completaría en 2015, certificando la combinación Atlas V/CST-100 para operaciones de vuelos espaciales humanos. [35] Se esperaba que el primer vuelo incluyera un cohete Atlas V integrado con una cápsula CST-100 no tripulada, [34] el segundo vuelo una demostración del sistema de aborto de lanzamiento en vuelo a mediados de ese año, [35] y el tercer vuelo una misión tripulada que llevaría a dos astronautas pilotos de pruebas de Boeing a LEO y los regresaría de manera segura a fines de 2015. [35] Estos planes se retrasaron muchos años y se transformaron en el camino de modo que al final, el primer vuelo de prueba orbital sin tripulación se materializó en 2019, pero fue un fracaso y tuvo que volver a realizarse en 2022, el vuelo de prueba del sistema de aborto de lanzamiento en vuelo no se materializó, y el tercer vuelo, un vuelo de prueba orbital tripulado con dos astronautas (al final de la NASA, no de Boeing) se materializó en junio de 2024 como Boeing Crewed Flight Test . El sistema de aborto de lanzamiento se probó en 2019 en la misión Boeing Pad Abort Test, pero esto no tuvo lugar en vuelo sino desde la plataforma de lanzamiento.
En 2014, la NASA seleccionó la nave espacial Boeing Starliner CST-100 como parte del Programa de tripulación comercial . Atlas V es el vehículo de lanzamiento de Starliner. El primer lanzamiento de un Starliner sin tripulación, la misión Boeing OFT , se produjo a bordo de un Atlas V apto para humanos en la mañana del 20 de diciembre de 2019; la misión no logró cumplir los objetivos debido a una falla de la nave espacial, aunque el lanzador Atlas V funcionó bien. [36] [37] En 2022, un Atlas V lanzó una cápsula Starliner sin tripulación por segunda vez en la misión Boe-OFT 2 ; la misión fue un éxito. [38] [39]
En junio de 2024, en la misión Boe-CFT , Atlas V llevó humanos al espacio por primera vez, lanzando dos astronautas de la NASA a la ISS. [40] [41]
Proyecto Kuiper
Amazon ha seleccionado el Atlas V para lanzar algunos de los satélites del Proyecto Kuiper . El Proyecto Kuiper ofrecerá un servicio de constelación de Internet por satélite de alta velocidad . El contrato firmado con Amazon es por nueve lanzamientos. El Proyecto Kuiper tiene como objetivo poner miles de satélites en órbita. ULA es el primer proveedor de lanzamiento de Amazon. [42] Se lanzaron dos satélites de prueba Kuiper en Atlas V en 2023 porque sus vehículos de lanzamiento contratados originalmente no estaban disponibles a tiempo. Los ocho lanzamientos restantes de Atlas V Kuiper llevarán cada uno una carga útil completa de satélites Kuiper. La mayor parte de la constelación Kuiper utilizará otros vehículos de lanzamiento.
Versiones
Familia Atlas V con SRB asimétricos.Atlas V 401
Cada configuración del amplificador Atlas V tiene una designación de tres dígitos.
El primer dígito muestra el diámetro (en metros) del carenado de carga útil y tiene un valor de "4" o "5" para lanzamientos con carenado y "N" para lanzamientos de cápsulas tripuladas (ya que no se utiliza carenado de carga útil).
El segundo dígito indica la cantidad de cohetes propulsores sólidos (SRB) acoplados al núcleo del vehículo de lanzamiento y puede variar de "0" a "3" con el carenado de 4 m (13 pies), y de "0" a "5" con el carenado de 5 m (16 pies). Como se ve en la primera imagen, todos los diseños de SRB son asimétricos.
El tercer dígito representa el número de motores en la etapa Centaur, ya sea "1" o "2". Todas las configuraciones utilizan el Centaur de un solo motor , excepto el "N22", que solo se utiliza en misiones de cápsulas tripuladas de Starliner y utiliza el Centaur de dos motores .
El Atlas V ha volado en once configuraciones: [43]
Antes de 2016, la información sobre precios de los lanzamientos del Atlas V era limitada. En 2010, la NASA contrató a ULA para lanzar la misión MAVEN en un Atlas V 401 por aproximadamente 187 millones de dólares. [48] El costo de 2013 de esta configuración para la Fuerza Aérea de los EE. UU. en el marco de su compra en bloque de 36 vehículos de lanzamiento fue de 164 millones de dólares. [49] En 2015, el lanzamiento del TDRS-M en un Atlas 401 le costó a la NASA 132,4 millones de dólares. [50]
A partir de 2016, ULA proporcionó precios para el Atlas V a través de su sitio web RocketBuilder, publicitando un precio base para cada configuración de vehículo de lanzamiento, que varía desde 109 millones de dólares para el 401 hasta 153 millones de dólares para el 551. [1] Cada SRB adicional agrega un promedio de 6,8 millones de dólares al costo del vehículo de lanzamiento. Los clientes también pueden optar por comprar carenados de carga útil más grandes u opciones de servicio de lanzamiento adicionales. Los costos de lanzamiento de la NASA y la Fuerza Aérea suelen ser más altos que las misiones comerciales equivalentes debido a los requisitos adicionales de contabilidad, análisis, procesamiento y garantía de la misión del gobierno, que pueden agregar entre 30 y 80 millones de dólares al costo de un lanzamiento. [51]
En 2013, los costos de lanzamiento de satélites comerciales a GTO promediaron alrededor de US$100 millones, significativamente más bajos que los precios históricos de Atlas V. [52] Sin embargo, después del auge de los cohetes reutilizables , el precio de un Atlas V [401] ha caído de aproximadamente US$180 millones a US$109 millones, [53] en gran parte debido a la presión competitiva que surgió en el mercado de servicios de lanzamiento durante la década de 2010. El CEO de ULA, Tory Bruno, declaró en 2016 que ULA necesita al menos dos misiones comerciales cada año para seguir siendo rentable en el futuro. [54] ULA no está tratando de ganar estas misiones simplemente con el precio de compra más bajo, afirmando que "preferiría ser el proveedor con la mejor relación calidad-precio ". [55] En 2016, ULA sugirió que los clientes tendrían costos de seguro y demora mucho más bajos debido a la alta confiabilidad de Atlas V y la certeza del cronograma, lo que hace que los costos generales para el cliente sean cercanos a los de usar competidores como el SpaceX Falcon 9. [ 56]
Versiones propuestas históricamente
En 2006, ULA ofreció una opción Atlas V Heavy que utilizaría tres etapas Common Core Booster (CCB) unidas para elevar una carga útil de 29.400 kg (64.800 lb) a la órbita baja de la Tierra . [57] ULA declaró en ese momento que el 95% del hardware requerido para el Atlas V Heavy ya se había volado en los vehículos de un solo núcleo Atlas V. [12] La capacidad de elevación del vehículo de lanzamiento propuesto debía ser aproximadamente equivalente a la del Delta IV Heavy , [12] que utilizaba motores RS-68 desarrollados y producidos nacionalmente por Aerojet Rocketdyne.
Un informe de 2006, preparado por la Corporación RAND para la Oficina del Secretario de Defensa , declaró que Lockheed Martin había decidido no desarrollar un vehículo de carga pesada Atlas V (HLV). [58] El informe recomendó que la Fuerza Aérea de los EE. UU. y la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO) "determinaran la necesidad de una variante de carga pesada EELV, incluido el desarrollo de un Atlas V Heavy", y "resolvieran el problema del RD-180, incluida la coproducción, el almacenamiento o el desarrollo por parte de los Estados Unidos de un reemplazo del RD-180". [59]
En 2010, ULA declaró que la variante Atlas V Heavy podría estar disponible para los clientes 30 meses a partir de la fecha del pedido. [12]
Atlas V PH2
A finales de 2006, el programa Atlas V obtuvo acceso a las herramientas y los procesos para las etapas de 5 metros de diámetro utilizadas en Delta IV cuando las operaciones espaciales de Boeing y Lockheed Martin se fusionaron en United Launch Alliance . Esto condujo a una propuesta para combinar los procesos de producción de tanques de 5 metros de diámetro de Delta IV con motores RD-180 duales, lo que dio como resultado la Fase 2 de Atlas .
En el Informe Augustine se consideró un Atlas V PH2-Heavy compuesto por tres etapas de 5 metros en paralelo con seis RD-180 como un posible transportador pesado para su uso en futuras misiones espaciales, así como el Ares V y el Ares V Lite derivados del transbordador . [60] Si se construía, se proyectaba que el Atlas PH2-Heavy podría lanzar una masa de carga útil de aproximadamente 70 t (69 toneladas largas; 77 toneladas cortas) en una órbita con una inclinación de 28,5° . [60]
Acelerador para cohete GX
El Common Core Booster del Atlas V debía utilizarse como primera etapa del cohete GX conjunto estadounidense-japonés , cuyo primer vuelo estaba previsto para 2012. [61] Los lanzamientos del GX se habrían realizado desde el complejo de lanzamiento del Atlas V en la base aérea de Vandenberg, SLC-3E . Sin embargo, el gobierno japonés decidió cancelar el proyecto GX en diciembre de 2009. [62]
La ULA rechazó la concesión de licencias
En mayo de 2015, un consorcio de empresas, entre las que se encontraban Aerojet y Dynetics , intentó obtener la licencia para la producción o fabricación del Atlas V utilizando el motor AR1 en lugar del RD-180. La propuesta fue rechazada por la ULA. [63]
Lanzamiento del Atlas V
ULA ha dejado de vender el Atlas V. Realizará 15 lanzamientos más. [182]
La primera carga útil, el satélite de comunicaciones Hot Bird 6, fue lanzado a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) el 21 de agosto de 2002 por un Atlas V 401. [183]
El 19 de enero de 2006, New Horizons fue lanzado por un cohete Lockheed Martin Atlas V 551. Se le añadió una tercera etapa para aumentar la velocidad heliocéntrica (de escape). Este fue el primer lanzamiento de la configuración Atlas V 551 con cinco cohetes propulsores sólidos, y el primer Atlas V con una tercera etapa. [184]
El 6 de diciembre de 2015, Atlas V puso en órbita su carga útil más pesada hasta la fecha: una nave de reabastecimiento Cygnus de 16 517 lb (7492 kg) . [185]
El 8 de septiembre de 2016 se lanzó la misión de retorno de muestras de asteroides OSIRIS-REx a bordo de un vehículo de lanzamiento Atlas V 411. Llegó al asteroide Bennu en diciembre de 2018 y regresó a la Tierra en mayo de 2021 para llegar en septiembre de 2022 a la Tierra con una muestra de entre 60 gramos y 2 kilogramos en 2023. [186]
El 20 de diciembre de 2019 se lanzó la primera cápsula tripulada Starliner en un vuelo de prueba sin tripulación Boe-OFT . El vehículo de lanzamiento Atlas V funcionó a la perfección, pero una anomalía en la nave espacial la dejó en una órbita incorrecta. La órbita era demasiado baja para alcanzar el destino del vuelo, la Estación Espacial Internacional , y la misión se vio interrumpida posteriormente.
Historial de éxito de la misión
En sus 100 lanzamientos (hasta junio de 2024), comenzando con su primer lanzamiento en agosto de 2002, Atlas V ha logrado una tasa de éxito de misión del 100% y una tasa de éxito de vehículo del 99%. [189]
El primer evento anómalo en el uso del sistema de lanzamiento Atlas V ocurrió el 15 de junio de 2007, cuando el motor de la etapa superior Centaur de un Atlas V se apagó antes de tiempo, dejando su carga útil (un par de satélites de vigilancia oceánica NROL-30 ) en una órbita más baja de la prevista. La causa de la anomalía se atribuyó a una válvula con fugas, que permitió que se filtrara combustible durante el despegue entre el primer y el segundo encendido. La falta de combustible resultante hizo que el segundo encendido terminara 4 segundos antes. [190] La sustitución de la válvula provocó un retraso en el siguiente lanzamiento del Atlas V. [78] Sin embargo, el cliente (la Oficina Nacional de Reconocimiento ) calificó la misión como un éxito. [191] [192]
El 23 de marzo de 2016, un vuelo sufrió una anomalía de bajo rendimiento en la combustión de la primera etapa y se apagó 5 segundos antes de lo previsto. El Centaur procedió a impulsar la carga útil Orbital Cygnus, la más pesada en un Atlas hasta la fecha, a la órbita prevista utilizando sus reservas de combustible para compensar el déficit de la primera etapa. Esta combustión más prolongada interrumpió una combustión de eliminación posterior del Centaur. [193] Una investigación del incidente reveló que esta anomalía se debió a una falla en la válvula de suministro de la relación de mezcla del motor principal, que restringió el flujo de combustible al motor. La investigación y el posterior examen de las válvulas en las próximas misiones llevaron a un retraso de los siguientes lanzamientos. [194]
En 2014, consideraciones geopolíticas y políticas de EE. UU. debido a la anexión rusa de Crimea llevaron a un esfuerzo para reemplazar el motor NPO Energomash RD-180 suministrado por Rusia utilizado en el propulsor de primera etapa del Atlas V. Se emitieron contratos de estudio formales en junio de 2014 a varios proveedores de motores de cohetes estadounidenses. [195] Los resultados de esos estudios llevaron a una decisión de ULA de desarrollar el nuevo vehículo de lanzamiento Vulcan Centaur para reemplazar el Atlas V y el Delta IV existentes . [196]
En septiembre de 2014, ULA anunció una asociación con Blue Origin para desarrollar el motor BE-4 LOX / metano para reemplazar al RD-180 en un nuevo propulsor de primera etapa . Como el núcleo del Atlas V está diseñado en torno al combustible RP-1 y no se puede adaptar para utilizar un motor alimentado con metano, se está desarrollando una nueva primera etapa. Este propulsor tendrá el mismo diámetro de tanque de primera etapa que el Delta IV y estará propulsado por dos motores BE-4 de 2.400 kN (540.000 lb f ) de empuje. [195] [197] [198] El motor ya estaba en su tercer año de desarrollo por parte de Blue Origin, y ULA esperaba que la nueva etapa y el motor comenzaran a volar no antes de 2019.
Inicialmente se planeó que Vulcan utilizara la misma etapa superior Centaur que en Atlas V, y luego se actualizara a ACES , sin embargo, ACES ya no se está buscando, y se utilizará Centaur V en su lugar. [199] También utilizará un número variable de propulsores de combustible sólido opcionales, llamados GEM 63XL , derivados de los nuevos propulsores de combustible sólido planificados para Atlas V. [25]
En 2017, el motor de cohete Aerojet AR1 estaba en desarrollo como plan de respaldo para Vulcan. [200]
El primer Vulcan se lanzó con éxito el 8 de enero de 2024. [201] [202]
Jubilación
En agosto de 2021, ULA anunció que ya no venderían lanzamientos en el Atlas V y que cumplirían con sus 29 contratos de lanzamiento existentes. [11] Hicieron una compra final de los motores RD-180 que necesitaban y el último de esos motores se entregó en abril de 2021. El último lanzamiento ocurrirá "en algún momento a mediados de la década de 2020". [11] A julio de 2024 [actualizar], se han realizado catorce misiones desde el anuncio, [c] y quedan quince lanzamientos.
Galería de fotos
Etapa central de un Atlas V elevándose a una posición vertical.
El X-37B OTV-1 (vehículo de pruebas orbitales) siendo colocado en su carenado de carga útil para su lanzamiento el 22 de abril de 2010.
Un Atlas V 541 se traslada a la plataforma de lanzamiento.
Atlas V 401 en la plataforma de lanzamiento
Ignición Atlas V
Un Atlas V 551 con la sonda New Horizons despega desde la plataforma de lanzamiento 41 en Cabo Cañaveral .
Véase también
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Atlas V.
^ La primera misión después del anuncio fue la misión 88. Consulte la tabla para ver los lanzamientos posteriores.
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