Un cohete de dos etapas a órbita ( TSTO ) o de dos etapas es un vehículo de lanzamiento en el que dos etapas distintas proporcionan propulsión consecutivamente para alcanzar la velocidad orbital. Es un intermedio entre un lanzador de tres etapas a órbita y un hipotético lanzador de una sola etapa a órbita (SSTO).
En el despegue, la primera etapa es responsable de acelerar el vehículo. En algún momento, la segunda etapa se separa de la primera y continúa orbitando por sus propios medios.
Una ventaja de un sistema de este tipo sobre el de una sola etapa en órbita es que la mayor parte de la masa seca del vehículo no se lleva a órbita. Esto reduce el costo involucrado en alcanzar la velocidad orbital, ya que gran parte de la estructura y la masa del motor se expulsan, y un porcentaje mayor de la masa orbitada es masa de carga útil. [1]
Una ventaja sobre tres o más etapas es una reducción de la complejidad y menos eventos de separación , lo que reduce el costo y el riesgo de falla. [2]
No siempre está claro cuándo un vehículo es un TSTO, debido al uso de cohetes propulsores con correa en el lanzamiento. Estos se dejan caer al principio del vuelo y pueden considerarse o no una etapa adicional si los motores centrales continúan funcionando. A veces se consideran media etapa, lo que lleva a la expresión una etapa y media en órbita (1,5 STO), por ejemplo, para el Long March 5B [3] o el misil Atlas , [4] [5] , que Era una etapa de núcleo único con refuerzos adicionales. De manera similar, los diseños de dos etapas con propulsores adicionales pueden denominarse cohetes de 2,5 etapas, por ejemplo, el Ariane 5 o la mayoría de las variantes del Atlas V (todas excepto el 401 y el 501).
Con referencia a un sistema de lanzamiento reutilizable, este enfoque se propone a menudo como una alternativa al sistema de lanzamiento en órbita de una sola etapa (o SSTO ). Sus partidarios argumentan que, dado que cada etapa puede tener una relación de masa más baja que un sistema de lanzamiento SSTO, dicho sistema puede construirse más lejos de los límites de sus materiales estructurales. Se argumenta que un diseño de dos etapas debería requerir menos mantenimiento, menos pruebas, experimentar menos fallas y tener una vida útil más larga. Además, el enfoque de dos etapas permite optimizar la etapa inferior para su funcionamiento en la atmósfera inferior de la Tierra, donde la presión y la resistencia son altas, mientras que la etapa superior puede optimizarse para su funcionamiento en las condiciones cercanas al vacío de la última parte de la atmósfera. lanzamiento. Esto permite un aumento en la fracción de masa de carga útil de un vehículo de dos etapas con respecto a los vehículos de una sola etapa o de etapa y media, que deben funcionar en ambos entornos utilizando el mismo hardware. [ cita necesaria ]
Los críticos argumentan [ ¿quién? ] que la mayor complejidad de diseñar dos etapas separadas que deben interactuar, la logística involucrada en devolver la primera etapa al sitio de lanzamiento y las dificultades de realizar pruebas incrementales en una segunda etapa superarán estos beneficios. En el caso de las etapas inferiores similares a las de un avión, también argumentan lo difícil y costoso que es desarrollar y operar un avión de alta velocidad (como el SR-71 ), y cuestionan las afirmaciones de rendimiento. Muchos diseños de 'minitransbordadores' que utilizan aviones de transporte como primeras etapas también enfrentan problemas similares con el hielo/espuma que el transbordador espacial debido al requisito de que también lleven un tanque externo grande para su combustible. [ cita necesaria ]
A partir de 2023, SpaceX y la NASA son los únicos proveedores de lanzamiento que han logrado la reutilización de la primera etapa de un vehículo orbital con el Falcon 9 de dos etapas de SpaceX y el Falcon Heavy de 2,5 etapas , y los propulsores de cohetes sólidos del transbordador espacial de la NASA . Rocket Lab ha recuperado varias primeras etapas de su cohete Electron , pero no lo ha vuelto a volar.
Considerando que las operaciones similares a las de un avión no se traducen en una apariencia similar a la de un avión, algunos conceptos TSTO reutilizables tienen primeras etapas que operan como aviones VTOL o VTOHL . El DC-X ha demostrado que el diseño de la opción VTOL es viable. Otros diseños, como el concepto DH-1, van un paso más allá y utilizan un enfoque 'emergente/emergente', que coloca la etapa en órbita en un punto a unos 60 km sobre la superficie de la Tierra, antes de descender a la plataforma de lanzamiento. de nuevo. En el caso del DH-1, la etapa superior es efectivamente una "casi SSTO" con una fracción de masa más realista y que fue optimizada para brindar confiabilidad.
Algunos diseños de TSTO comprenden una primera etapa similar a un avión y una segunda etapa similar a un cohete . Los elementos del avión pueden ser alas, motores que respiran aire o ambos. Este enfoque resulta atractivo porque transforma la atmósfera terrestre de un obstáculo a una ventaja. A partir de cierta velocidad y altitud, las alas y los scramjets dejan de ser efectivos y el cohete se despliega para completar el viaje a la órbita.
Saenger (nave espacial) fue uno de los primeros conceptos de este tipo.
Si bien no es un vehículo orbital, la exitosa nave espacial suborbital privada SpaceShipOne desarrollada para el Premio Ansari X demostró que un sistema de dos etapas con un avión alado como "mitad inferior" puede alcanzar el borde del espacio . El equipo detrás de SpaceShipOne ha construido y puesto en funcionamiento un sistema de lanzamiento suborbital comercial, SpaceShipTwo , basado en esta tecnología.
El cohete Pegasus , mientras se lanza un avión, no es un sistema de dos etapas a órbita porque el componente del cohete en sí está compuesto de múltiples etapas.