El Centaur es una familia de etapas superiores propulsadas por cohetes que se utiliza desde 1962. Actualmente lo produce el proveedor de servicios de lanzamiento estadounidense United Launch Alliance , con una versión activa principal y una versión en desarrollo. El Common Centaur/Centaur III de 3,05 m (10,0 pies) de diámetro vuela como la etapa superior del vehículo de lanzamiento Atlas V , y el Centaur V de 5,4 m (18 pies) de diámetro se ha desarrollado como la etapa superior del nuevo cohete Vulcan de ULA . [4] [5] Centaur fue la primera etapa de cohete que utilizó propulsores de hidrógeno líquido (LH 2 ) y oxígeno líquido (LOX) , una combinación de alta energía que es ideal para etapas superiores pero que tiene importantes dificultades de manejo. [6]
Common Centaur está construido alrededor de tanques de propulsor de globos estabilizados a presión de acero inoxidable [7] con paredes de 0,51 mm (0,020 pulgadas) de espesor. Puede levantar cargas útiles de hasta 19.000 kg (42.000 lb). [8] Las delgadas paredes minimizan la masa de los tanques, maximizando el rendimiento general del escenario. [9]
Un mamparo común separa los tanques LOX y LH 2 , lo que reduce aún más la masa del tanque. Está formado por dos pieles de acero inoxidable separadas por un panal de fibra de vidrio. El panal de fibra de vidrio minimiza la transferencia de calor entre el LH 2 extremadamente frío y el LOX menos frío. [10] : 19
El sistema de propulsión principal consta de uno o dos motores Aerojet Rocketdyne RL10 . [7] La etapa es capaz de realizar hasta doce reinicios, limitados por el propulsor, la vida orbital y los requisitos de la misión. Combinado con el aislamiento de los tanques de propulsor, esto permite a Centaur realizar las inercias de varias horas y múltiples encendidos de motor necesarios en inserciones orbitales complejas. [8]
El sistema de control de reacción (RCS) también proporciona espacio libre y consta de veinte motores monopropulsores de hidracina ubicados alrededor del escenario en dos módulos de 2 propulsores y cuatro de 4 propulsores. Como propulsor, se almacenan 150 kg (340 lb) de hidracina en un par de tanques de vejiga y se alimentan a los motores RCS con gas helio presurizado , que también se utiliza para realizar algunas funciones principales del motor. [11]
A partir de 2019, todas menos dos de las muchas variantes de Centaur se habían retirado: Common Centaur/Centaur III (activo) y Centaur V (probado en vuelo). [12] [13]
Cada etapa Centaur utiliza dos motores. Los motores han evolucionado con el tiempo y a partir de 2024 se utilizan tres versiones (consulte la tabla a continuación). Todas las versiones utilizan hidrógeno líquido y oxígeno líquido.
Common Centaur es la etapa superior del cohete Atlas V. [11] Los centauros comunes anteriores fueron propulsados por la versión RL10-A-4-2 del RL-10. Desde 2014, Common Centaur vuela con el motor RL10-C-1 , que comparte con la Segunda Etapa Criogénica Delta , para reducir costos. [20] [21] La configuración Dual Engine Centaur (DEC) seguirá utilizando el RL10-A-4-2 más pequeño para acomodar dos motores en el espacio disponible. [21]
El Atlas V puede volar en múltiples configuraciones, pero solo una afecta la forma en que Centaur se integra con el propulsor y el carenado: el carenado de carga útil Atlas V de 5,4 m (18 pies) de diámetro se conecta al propulsor y encapsula la etapa superior y la carga útil, enrutando el carenado. cargas aerodinámicas inducidas en el propulsor. Si se utiliza el carenado de carga útil de 4 m (13 pies) de diámetro, el punto de conexión está en la parte superior (extremo delantero) de Centaur, dirigiendo las cargas a través de la estructura del tanque Centaur. [22]
Los últimos Common Centaur pueden acomodar cargas útiles secundarias utilizando un portamamparas de popa conectado al extremo del motor del escenario. [23]
La mayoría de las cargas útiles se lanzan en Single Engine Centaur (SEC) con un RL10 . Esta es la variante para todos los vuelos normales del Atlas V (indicado por el último dígito del sistema de nombres, por ejemplo Atlas V 421).
Está disponible una variante de doble motor con dos motores RL-10, pero solo para el lanzamiento de la nave espacial tripulada CST-100 Starliner . El mayor empuje de los dos motores permite un ascenso más suave con más velocidad horizontal y menos velocidad vertical, lo que reduce la desaceleración a niveles de supervivencia en caso de que se produzca un aborto del lanzamiento y una reentrada balística en cualquier punto del vuelo. [24]
Centaur V es la etapa superior del nuevo vehículo de lanzamiento Vulcan desarrollado por United Launch Alliance para satisfacer las necesidades del programa National Security Space Launch (NSSL). [25] Inicialmente se pretendía que Vulcan entrara en servicio con una variante mejorada del Centauro Común, [26] con una actualización a la Etapa Evolucionada Criogénica Avanzada (ACES) planificada después de los primeros años de vuelos. [13] [27]
A finales de 2017, ULA decidió adelantar elementos de la etapa superior de ACES y comenzar a trabajar en Centaur V. Centaur V tendrá 5,4 m (18 pies) de diámetro y aislamiento avanzado de ACES, pero no incluye los fluidos integrados para vehículos (IVF). Se espera que esta característica permita extender la vida en órbita de la etapa superior de horas a semanas. [13] Centaur V utiliza dos versiones diferentes del motor RL10-C con extensiones de boquilla para mejorar el consumo de combustible para las cargas útiles más pesadas. [28] Esta mayor capacidad sobre Common Centaur tenía como objetivo permitir a ULA cumplir con los requisitos de NSSL y retirar las familias de cohetes pesados Atlas V y Delta IV antes de lo inicialmente planeado. El nuevo cohete se convirtió públicamente en Vulcan Centaur en marzo de 2018. [29] [30] En mayo de 2018, el Aerojet Rocketdyne RL10 se anunció como el motor del Centaur V luego de un proceso de adquisición competitivo contra el Blue Origin BE-3 . Cada etapa montará dos motores. [31] En septiembre de 2020, ULA anunció que ACES ya no se estaba desarrollando y que en su lugar se utilizaría Centaur V. [32] Tory Bruno, director ejecutivo de ULA, afirmó que el Centaur 5 de Vulcan tendrá un 40% más de resistencia y dos veces y media más energía que la etapa superior que vuela actualmente ULA. “Pero eso es sólo la punta del iceberg”, explicó Bruno. “Voy a aumentar hasta 450, 500, 600 veces la resistencia en los próximos años. Eso permitirá un conjunto completamente nuevo de misiones que ni siquiera puedes imaginar realizar hoy”. [33]
Vulcan finalmente se lanzó el 8 de enero de 2024 y el escenario funcionó perfectamente en su vuelo inaugural. [34]
El concepto Centaur se originó en 1956 cuando Convair comenzó a estudiar una etapa superior alimentada con hidrógeno líquido. El proyecto resultante comenzó en 1958 como una empresa conjunta entre Convair, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada (ARPA) y la Fuerza Aérea de EE. UU . En 1959, la NASA asumió el papel de ARPA. Inicialmente, Centaur voló como la etapa superior del vehículo de lanzamiento Atlas-Centaur , pero se encontró con una serie de problemas de desarrollo iniciales debido a la naturaleza pionera del esfuerzo y al uso de hidrógeno líquido. [35] En 1994, General Dynamics vendió su división de Sistemas Espaciales a Lockheed-Martin . [36]
El Centaur fue desarrollado originalmente para su uso con la familia de vehículos de lanzamiento Atlas . Conocida en la planificación inicial como la "etapa superior de alta energía", la elección del Centauro mitológico como homónimo tenía como objetivo representar la combinación de la fuerza bruta del propulsor Atlas y la delicadeza de la etapa superior. [37]
Los lanzamientos iniciales de Atlas-Centaur utilizaron versiones de desarrollo, denominadas Centaur-A a -C. El único lanzamiento del Centaur-A el 8 de mayo de 1962 terminó en una explosión 54 segundos después del despegue cuando los paneles aislantes del Centaur se separaron temprano, provocando que el tanque LH 2 se sobrecalentara y se rompiera. Después de extensos rediseños, el único vuelo del Centaur-B el 26 de noviembre de 1963 tuvo éxito. Centaur-C voló tres veces con dos fallas y un lanzamiento fue declarado exitoso, aunque el Centaur no pudo reiniciarse. Centaur-D fue la primera versión en entrar en servicio operativo, con cincuenta y seis lanzamientos. [38]
El 30 de mayo de 1966, un Atlas-Centaur impulsó el primer módulo de aterrizaje Surveyor hacia la Luna. A esto le siguieron seis lanzamientos más del Surveyor durante los dos años siguientes, y el Atlas-Centaur tuvo el rendimiento esperado. El programa Surveyor demostró la viabilidad de volver a encender un motor de hidrógeno en el espacio y proporcionó información sobre el comportamiento del LH 2 en el espacio. [10] : 96
En la década de 1970, Centaur estaba completamente maduro y se había convertido en la etapa de cohete estándar para lanzar cargas útiles civiles más grandes a la órbita terrestre alta, reemplazando también al vehículo Atlas-Agena para las sondas planetarias de la NASA. [10] : 103–166
A finales de 1989, Centaur-D y -G se habían utilizado como etapa superior para 63 lanzamientos de cohetes Atlas, 55 de los cuales tuvieron éxito. [2]
El Saturn I fue diseñado para volar con una tercera etapa SV para permitir que las cargas útiles vayan más allá de la órbita terrestre baja (LEO). La etapa SV estaba destinada a ser propulsada por dos motores RL-10A-1 que quemaban hidrógeno líquido como combustible y oxígeno líquido como oxidante. La etapa SV se voló cuatro veces en las misiones SA-1 a SA-4 , y en las cuatro misiones los tanques del SV se llenaron con agua para usarse como lastre durante el lanzamiento. El escenario no se voló en una configuración activa.
El Centaur D fue mejorado para su uso en el propulsor Titan III, mucho más potente, en la década de 1970, con el primer lanzamiento del Titan IIIE resultante en 1974. El Titan IIIE triplicó con creces la capacidad de carga útil del Atlas-Centaur e incorporó un aislamiento térmico mejorado. , lo que permite una vida orbital de hasta cinco horas, un aumento con respecto a los 30 minutos del Atlas-Centaur. [10] : 143
El primer lanzamiento del Titán IIIE en febrero de 1974 fracasó, con la pérdida del Experimento de Alto Voltaje de Plasma Espacial (SPHINX) y una maqueta de la sonda Viking . Finalmente se determinó que los motores del Centaur habían ingerido un clip instalado incorrectamente del tanque de oxígeno. [10] : 145-146
Los siguientes Titán-Centauros lanzaron Helios 1 , Viking 1 , Viking 2 , Helios 2 , [39] Voyager 1 y Voyager 2 . El propulsor Titan utilizado para lanzar la Voyager 1 tuvo un problema de hardware que provocó un apagado prematuro, que la etapa Centaur detectó y compensó con éxito. Centaur terminó su combustión con menos de 4 segundos de combustible restante. [10] : 160
Centaur se introdujo en el Atlas G y se trasladó al Atlas I, muy similar. [ cita necesaria ]
Shuttle-Centaur fue una propuesta de etapa superior del transbordador espacial . Para permitir su instalación en los compartimentos de carga útil del transbordador, el diámetro del tanque de hidrógeno del Centaur se aumentó a 4,3 m (14 pies), mientras que el diámetro del tanque LOX permaneció en 3,0 m (10 pies). Se propusieron dos variantes: Centaur G Prime, que estaba previsto para lanzar las sondas robóticas Galileo y Ulysses , y Centaur G, una versión acortada, reducida en longitud de aproximadamente 9 a 6 m (30 a 20 pies), prevista para cargas útiles del Departamento de Defensa de EE. UU . y la sonda Magallanes Venus. [40]
Después del accidente del transbordador espacial Challenger , y pocos meses antes de que se programara el vuelo del Shuttle-Centaur, la NASA concluyó que era demasiado arriesgado volar el Centaur en el Shuttle. [41] Las sondas se lanzaron con el IUS de combustible sólido, mucho menos potente , y Galileo necesitó múltiples asistencias gravitacionales de Venus y la Tierra para llegar a Júpiter.
El vacío de capacidad dejado por la terminación del programa Shuttle-Centaur se llenó con un nuevo vehículo de lanzamiento, el Titan IV . Las versiones 401A/B utilizaban una etapa superior Centaur con un tanque de hidrógeno de 4,3 metros (14 pies) de diámetro. En la versión Titan 401A, un Centaur-T se lanzó nueve veces entre 1994 y 1998. La sonda Cassini-Huygens Saturn de 1997 fue el primer vuelo del Titan 401B, con seis lanzamientos adicionales que concluyeron en 2003, incluido un fallo del SRB . [42]
Centaur II se desarrolló inicialmente para su uso en la serie de cohetes Atlas II . [38] Centaur II también voló en los lanzamientos iniciales del Atlas IIIA . [11]
Atlas IIIB presentó el Centaur común, un Centaur II más largo e inicialmente de doble motor. [11]
A la mayoría de los centauros comunes lanzados en Atlas V les quedan de cientos a miles de kilogramos de propulsores en la separación de la carga útil. En 2006, estos propulsores fueron identificados como un posible recurso experimental para probar técnicas de gestión de fluidos criogénicos en el espacio. [43]
En octubre de 2009, la Fuerza Aérea y United Launch Alliance (ULA) realizaron una demostración experimental en la etapa superior Centaur modificada del lanzamiento DMSP-18 para mejorar la "comprensión de la sedimentación y chapoteo del propulsor , el control de presión, el enfriamiento de RL10 y el apagado de dos fases de RL10". DMSP-18 era una carga útil de baja masa, con aproximadamente el 28% (5.400 kg (11.900 lb)) de propulsor LH 2 /LOX restante después de la separación. Se llevaron a cabo varias demostraciones en órbita durante 2,4 horas, concluyendo con una quema de desorbitación . [44] La demostración inicial tenía como objetivo preparar experimentos de gestión de fluidos criogénicos más avanzados planificados en el marco del programa de desarrollo de tecnología CRYOTE basado en Centaur en 2012-2014, [45] y aumentará el TRL del sucesor de Centaur en etapa evolucionada criogénica avanzada . [12]
Aunque Centaur tiene una larga y exitosa trayectoria de vuelo, ha experimentado una serie de contratiempos:
Fuente: Especificaciones Atlas V551, a partir de 2015. [60]
Centaur 3 (que vuela en el cohete Atlas V) tiene 3,8 metros de diámetro.
El primer Centauro que volemos en Vulcan alcanzará directamente los 5,4 metros de diámetro.
porque propuso utilizar por primera vez como combustible el hidrógeno líquido, teóricamente potente pero problemático.
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: URL no apta ( enlace )El Mariner 8 se lanzó en mayo, pero falló al principio del vuelo y terminó su misión al caer al Océano Atlántico.
