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Vehículo de lanzamiento de satélites polares

El vehículo de lanzamiento de satélites polares ( PSLV ) es un vehículo de lanzamiento prescindible de elevación media diseñado y operado por la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO). Fue desarrollado para permitir a la India lanzar sus satélites indios de teledetección (IRS) a órbitas sincrónicas con el sol , un servicio que, hasta la llegada del PSLV en 1993, sólo estaba disponible comercialmente en Rusia. PSLV también puede lanzar satélites de pequeño tamaño a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). [11]

Algunas cargas útiles notables lanzadas por PSLV incluyen la primera sonda lunar de la India , Chandrayaan-1 , la primera misión interplanetaria de la India , la misión Mars Orbiter (Mangalyaan), el primer observatorio espacial de la India , Astrosat y la primera misión solar de la India , Aditya-L1 . [2]

PSLV ha ganado credibilidad como proveedor líder de servicios de viajes compartidos para satélites pequeños, debido a sus numerosas campañas de despliegue de múltiples satélites con cargas útiles auxiliares, normalmente viajes compartidos junto con una carga útil primaria india. [12] Hasta junio de 2022, PSLV ha lanzado 345 satélites extranjeros de 36 países. [13] El más notable de ellos fue el lanzamiento del PSLV-C37 el 15 de febrero de 2017, desplegando con éxito 104 satélites en órbita heliosincrónica, triplicando el récord anterior de Rusia por el mayor número de satélites enviados al espacio en un solo lanzamiento. [14] [15] hasta el 24 de enero de 2021, cuando SpaceX lanzó la misión Transporter-1 en un cohete Falcon 9 que transportaba 143 satélites en órbita. [dieciséis]

Las cargas útiles se pueden integrar en una configuración en tándem empleando un adaptador de lanzamiento dual. [17] [18] También se colocan cargas útiles más pequeñas en la plataforma del equipo y en adaptadores de carga útiles personalizados. [19]

Desarrollo

PSLV-C11 con arnés

Los estudios realizados por el grupo de planificación PSLV bajo S Srinivasan para desarrollar un vehículo capaz de entregar una carga útil de 600 kg a una órbita heliosincrónica de 550 km desde SHAR comenzaron en 1978. [20] [21] Entre las 35 configuraciones propuestas, se eligieron cuatro; en noviembre de 1980, una configuración de vehículo con dos correas en un propulsor central (S80) con 80 toneladas de carga de propulsor sólido cada uno, una etapa líquida con 30 toneladas de carga de propulsor (L30) y una etapa superior llamada Sistema Perigeo-Apogeo ( PAS) estaba siendo considerado. [22] [23] [24] [25]

En 1981, la confianza en el desarrollo de naves espaciales de teledetección aumentó con el lanzamiento de Bhaskara-1 , y los objetivos del proyecto PSLV se mejoraron para que el vehículo entregara una carga útil de 1000 kg en un SSO de 900 km . A medida que se consolidaba la transferencia de tecnología del motor de cohete Viking , se seleccionó una nueva configuración más ligera con la inclusión de una etapa de propulsión líquida. [26] La financiación se aprobó en julio de 1982 para el diseño final, empleando un único núcleo sólido S125 grande como primera etapa con seis correas de 9 toneladas (S9) derivadas de la primera etapa SLV-3 , segunda etapa de combustible líquido (L33). , y dos etapas superiores sólidas (S7 y S2). Esta configuración necesitaba mejoras adicionales para cumplir con los requisitos de precisión de inyección orbital de los satélites del IRS y, por lo tanto, la etapa terminal sólida (S2) fue reemplazada por una etapa de combustible líquido alimentada a presión (L1. 8 o LUS) propulsados ​​por dos motores derivados de motores de control de balanceo de la primera etapa. Además de aumentar la precisión, la etapa superior líquida también absorbió cualquier desviación en el rendimiento de la tercera etapa sólida. La configuración final del PSLV-D1 para volar en 1993 fue (6 × S9 + S125) + L37.5 + S7 + L2. [23] [24]

Los sistemas de navegación inercial son desarrollados por la Unidad de Sistemas Inerciales de ISRO (IISU) en Thiruvananthapuram . La propulsión líquida para la segunda y cuarta etapas del PSLV, así como los sistemas de control de reacción (RCS), son desarrollados por el Centro de sistemas de propulsión líquida (LPSC) en Valiamala, cerca de Thiruvananthapuram , Kerala . Los motores de propulsor sólido se procesan en el Centro Espacial Satish Dhawan (SHAR) en Sriharikota , Andhra Pradesh , que también lleva a cabo operaciones de lanzamiento.

El PSLV se lanzó por primera vez el 20 de septiembre de 1993. [27] [28] La primera y segunda etapas funcionaron como se esperaba, pero un problema de control de actitud provocó la colisión de la segunda y tercera etapas en la separación, y la carga útil no logró alcanzar la órbita. . [29] Después de este revés inicial, el PSLV completó con éxito su segunda misión en 1994. [30] El cuarto lanzamiento del PSLV sufrió un fracaso parcial en 1997, dejando su carga útil en una órbita más baja de lo planeado. En noviembre de 2014, el PSLV se había lanzado 34 veces sin más fallos. [31] (Aunque el lanzamiento 41: agosto de 2017, PSLV-C39 no tuvo éxito. [2] )

PSLV continúa apoyando el lanzamiento de satélites indios y extranjeros, especialmente de satélites de órbita terrestre baja (LEO). Ha sufrido varias mejoras con cada versión posterior, especialmente aquellas relacionadas con el empuje, la eficiencia y el peso. En noviembre de 2013, se utilizó para lanzar la misión Mars Orbiter , la primera sonda interplanetaria de la India. [32]

En junio de 2018, el Gabinete de la Unión aprobó 6131 millones de rupias (equivalente a 72 mil millones o 900 millones de dólares estadounidenses en 2023) para 30 vuelos operativos del PSLV programados para realizarse entre 2019 y 2024. [33]

ISRO está trabajando para traspasar la producción y operación de PSLV a la industria privada a través de una empresa conjunta. [34] El 16 de agosto de 2019, NewSpace India Limited publicó una invitación a licitar para la fabricación de PSLV íntegramente por industrias privadas. [35] [36] El 5 de septiembre de 2022, NewSpace India Limited firmó un contrato con Hindustan Aeronautics Limited y Larsen & Toubro lideró el conglomerado para la producción de cinco vehículos de lanzamiento PSLV-XL después de ganar una licitación competitiva. Según este contrato, deben entregar su primer PSLV-XL en un plazo de 24 meses y los cuatro vehículos restantes cada seis meses. [37] [38] [39]

Descripcion del vehiculo

El PSLV tiene cuatro etapas y utiliza alternativamente sistemas de propulsión sólida y líquida.

Primera etapa (PS1)

Primera etapa PSLV-C44 dentro de la Torre de Servicio Móvil.

La primera etapa, uno de los propulsores de cohetes sólidos más grandes del mundo, transporta 138 t (136 toneladas largas; 152 toneladas cortas) de propulsor de polibutadieno terminado en hidroxilo (HTPB) y desarrolla un empuje máximo de aproximadamente 4.800 kN (1.100.000 lb). f ). La caja del motor de 2,8 m (9 pies 2 pulgadas) de diámetro está hecha de acero martensítico y tiene una masa vacía de 30.200 kg (66.600 lb). [9]

El control de cabeceo y guiñada durante el vuelo de la primera etapa lo proporciona el sistema de control del vector de empuje de inyección secundaria (SITVC), que inyecta una solución acuosa de perclorato de estroncio en el escape S139 divergente desde un anillo de 24 puertos de inyección para producir un empuje asimétrico. La solución se almacena en dos tanques cilíndricos de aluminio sujetos al núcleo del motor del cohete sólido y presurizados con nitrógeno . Debajo de estos dos tanques SITVC, también se adjuntan módulos Roll Control Thruster (RCT) con un pequeño motor líquido bipropulsor (MMH/MON). [28]

En el PSLV-G y PSLV-XL, el empuje de la primera etapa se ve aumentado por seis propulsores sólidos con correa . Cuatro propulsores se encienden desde tierra y los dos restantes se encienden 25 segundos después del lanzamiento. Los propulsores sólidos transportan 9 t (8,9 toneladas largas; 9,9 toneladas cortas) o 12 t (12 toneladas largas; 13 toneladas cortas) (para la configuración PSLV-XL) de propulsor y producen 510 kN (110 000 lb f ) y 719 kN (162 000 lb). f ) empuje respectivamente. Dos propulsores con correa están equipados con SITVC para control de actitud adicional. [9] El PSLV-CA no utiliza refuerzos con correa.

La separación de la primera etapa es ayudada por cuatro pares de retrocohetes instalados en la etapa intermedia (1/2L). Durante la puesta en escena, estos ocho cohetes ayudan a alejar la etapa gastada de la segunda etapa. [40]

Segunda etapa (PS2)

Segunda etapa PSLV-C50 con motor Vikas

La segunda etapa está propulsada por un único motor Vikas y transporta 41,5 t (40,8 toneladas largas; 45,7 toneladas cortas) de propulsor líquido almacenable en la Tierra : dimetilhidrazina asimétrica (UDMH) como combustible y tetróxido de nitrógeno (N 2 O 4 ) como oxidante. dos tanques separados por un mamparo común. [28] Genera un empuje máximo de 800 kN (180.000 lb f ). El motor tiene un cardán (±4°) en dos planos para proporcionar control de cabeceo y guiñada mediante dos actuadores, mientras que el control de balanceo lo proporciona un motor de control de reacción de gas caliente (HRCM) que expulsa gases calientes desviados del generador de gas del motor Vikas. [41]

En la etapa intermedia (1/2U) de PS2 hay dos pares de cohetes libres para mantener una aceleración positiva durante la puesta en escena de PS1/PS2 y también dos pares de retrocohetes para ayudar a alejar la etapa gastada durante la puesta en escena de PS2/PS3. [40]

La segunda etapa también transporta cierta cantidad de agua en un tanque toroidal en su fondo. [42] Se utiliza agua pulverizada para enfriar los gases calientes del generador de gas de Vikas a aproximadamente 600 °C antes de ingresar a la turbobomba. Los tanques de propulsor y agua de la segunda etapa están presurizados con helio . [43] [44] [45]

Tercera etapa (PS3)

Tercera y cuarta etapas de PSLV-C45

La tercera etapa utiliza 7,6 t (7,5 toneladas largas; 8,4 toneladas cortas) de propulsor sólido HTPB y produce un empuje máximo de 250 kN (56.000 lb f ). Su duración de grabación es de 113,5 segundos. Tiene una carcasa de fibra de Kevlar - poliamida y una boquilla sumergida equipada con una boquilla cardán con sello de cojinete flexible y vector de empuje de ±2° para control de cabeceo y guiñada. El control de balanceo lo proporciona el sistema de control de reacción (RCS) de la cuarta etapa durante la fase de empuje, así como durante la fase de inercia combinada, en la que la PS3 quemada permanece unida a la PS4. [9] [10]

Cuarta etapa (PS4)

La cuarta etapa está propulsada por dos motores refrigerados regenerativamente, [46] que queman monometilhidrazina (MMH) y óxidos mixtos de nitrógeno (MON). Cada motor alimentado por presión genera un empuje de 7,4 kN (1700 lb f ) y tiene un cardán (±3°) para proporcionar control de cabeceo, guiñada y balanceo durante el vuelo motorizado. El control de actitud en fase de costa lo proporcionan seis propulsores RCS de 50N. [47] La ​​etapa está presurizada con helio [48] y transporta de 1.600 kg (3.500 lb) a 2.500 kg (5.500 lb) de propulsor, según los requisitos de la misión. PS4 tiene tres variantes L1.6, L2.0 y L2.5 según la capacidad del tanque de propulsor. [49] [50]

En la misión PSLV-C29/TeLEOS-1, la cuarta etapa demostró por primera vez la capacidad de reencendido, que se utilizó en muchos vuelos posteriores para desplegar cargas útiles en múltiples órbitas en una sola campaña. [51]

Como medida de mitigación de desechos espaciales , la cuarta etapa del PSLV se pasiva ventilando el vapor de presión y propulsor después de lograr los objetivos principales de la misión. Esta pasivación evita cualquier fragmentación o explosión involuntaria debido a la energía interna almacenada. [52] [53] [54]

El Centro Espacial Vikram Sarabhai (VSSC) desarrolló con éxito una boquilla ligera de carbono-carbono (CC) para motores de cohetes mediante infiltración de vapor químico , carbonización de compuestos ecológicos y tratamiento a alta temperatura. Actualmente, la PS4 funciona con dos motores, cada uno con boquillas de aleación de niobio . Sin embargo, se puede obtener una reducción de masa de aproximadamente el 67 % utilizando la boquilla CC. Se espera que la capacidad de carga útil del PSLV aumente en 15 kg como resultado de esta sustitución. [55]

La boquilla CC tiene baja densidad, mayor resistencia específica y excelente rigidez , al tiempo que conserva sus cualidades mecánicas incluso a altas temperaturas. Ayudará a mejorar los niveles de empuje, los impulsos específicos y las relaciones empuje-peso , lo que aumentará las capacidades de carga útil del vehículo de lanzamiento. Su principal característica es el exclusivo revestimiento antioxidante de carburo de silicio de la boquilla CC, que aumenta su rango de funcionamiento. Permite el funcionamiento a temperaturas más altas mejorando la resistencia a la corrosión y reduciendo las tensiones generadas térmicamente . La funcionalidad del sistema y la integridad del hardware se verificaron en el Complejo de Propulsión ISRO el 19 de marzo de 2024, mediante una prueba en caliente de 60 segundos. Las capacidades de la boquilla fueron probadas posteriormente mediante otros experimentos, incluida una prueba en caliente de 200 segundos el 2 de abril de 2024, con temperaturas que alcanzaron los 1216 Kelvin . [55]

Escenario de PS4 como plataforma orbital

PS4 ha llevado cargas útiles alojadas como AAM en PSLV-C8, [42] Rubin 9.1 / Rubin 9.2 en PSLV-C14 [56] y mRESINS en PSLV-C21. [57] Pero ahora, la PS4 se está ampliando para que sirva como una plataforma orbital de larga duración después de completar la misión principal. La plataforma orbital PS4 (PS4-OP) tendrá su propia fuente de alimentación, paquete de telemetría, almacenamiento de datos y control de actitud para las cargas útiles alojadas. [58] [59] [60]

En las campañas PSLV-C37 y PSLV-C38 , [61] como demostración, la PS4 se mantuvo operativa y monitoreada durante más de diez órbitas después de entregar la nave espacial. [62] [63] [64]

PSLV-C44 fue la primera campaña en la que PS4 funcionó como plataforma orbital independiente durante un corto período de tiempo ya que no había capacidad de generación de energía a bordo. [65] Llevaba KalamSAT-V2 como carga útil fija, un cubesat 1U de Space Kidz India basado en el kit de Interorbital Systems . [66] [67]

En la campaña PSLV-C45 , la cuarta etapa tenía su propia capacidad de generación de energía, ya que se complementó con una serie de células solares fijas alrededor del tanque de propulsor PS4. [68] Las tres cargas útiles alojadas en PS4-OP fueron el Analizador avanzado de potencial de retardo para estudios ionosféricos (ARIS 101F) de IIST , [69] una carga útil AIS experimental de ISRO y AISAT de Satellize . [70] Para funcionar como plataforma orbital, la cuarta etapa se puso en modo estabilizado por giro utilizando sus propulsores RCS. [71]

En la campaña PSLV-C53 , la PS4-OP se conoce como Módulo Experimental Orbital (POEM) de PSLV y albergaba seis cargas útiles. POEM fue la primera plataforma orbital basada en la cuarta etapa del PSLV que se estabilizó activamente utilizando propulsores de gas frío basados ​​en helio después de la misión principal y la pasivación de la etapa. [72] [73] [74] [75]

Carenado de carga útil

Escudo térmico PSLV en el Museo Aeroespacial HAL , Bengaluru .

El carenado de carga útil del PSLV, también conocido como "Heatshield", consta de una sección superior cónica con una tapa de nariz esférica, una sección central cilíndrica y una sección inferior de cola de barco. Con un peso de 1.182 kilogramos (2.606 libras), tiene 3,2 metros de diámetro y 8,3 metros de altura. [76] Tiene una construcción Isogrid y está hecho de aleación de aluminio 7075 con una tapa de punta de acero de 3 mm de espesor. [77] [78] Las dos mitades del carenado se separan mediante un sistema de lanzamiento basado en un dispositivo pirotécnico que consta de mecanismos de separación horizontal y lateral. [79] Para proteger la nave espacial de daños debidos a cargas acústicas excesivas durante el lanzamiento, el interior del escudo térmico está revestido con mantas acústicas. [28]

Variantes

ISRO ha previsto una serie de variantes de PSLV para satisfacer los diferentes requisitos de la misión. Actualmente hay dos versiones operativas del PSLV: la de núcleo solo (PSLV-CA) sin motores con correa y la versión (PSLV-XL), con seis motores con correa de longitud extendida (XL) que transportan 12 toneladas de HTPB. base propulsora cada una. [80] Estas configuraciones proporcionan amplias variaciones en las capacidades de carga útil de hasta 3.800 kg (8.400 lb) en LEO y 1.800 kg (4.000 lb) en órbita heliosincrónica.

PSLV-G

La versión estándar o "genérica" ​​del PSLV, PSLV-G, tenía cuatro etapas que utilizaban sistemas de propulsión sólidos y líquidos alternativamente y seis motores con correa (PSOM o S9) con una carga de propulsor de 9 toneladas. Tenía capacidad para lanzar de 1.678 kg (3.699 lb) a 622 km (386 millas) a una órbita heliosincrónica. PSLV-C35 fue el último lanzamiento operativo de PSLV-G antes de su interrupción. [81] [82] [83]

PSLV-CA

El modelo PSLV-CA , CA que significa "Core Alone", se estrenó el 23 de abril de 2007. El modelo CA no incluye los seis propulsores con correa utilizados por la variante estándar PSLV, pero dos tanques SITVC con módulos Roll Control Thruster todavía están conectados a el lateral de la primera etapa con la adición de dos estabilizadores aerodinámicos cilíndricos. [49] [83] La cuarta etapa de la variante CA tiene 400 kg (880 lb) menos de propulsor en comparación con su versión estándar. [49] Actualmente tiene capacidad para lanzar de 1.100 kg (2.400 lb) a 622 km (386 mi) en órbita heliosincrónica . [84]

PSLV-XL

PSLV-XL es la versión mejorada del vehículo de lanzamiento de satélites Polar en su configuración estándar impulsado por propulsores de correa más potentes y estirados con una carga de propulsor de 12 toneladas. [49] Con un peso de 320 t (310 toneladas largas; 350 toneladas cortas) en el despegue, el vehículo utiliza motores con correa más grandes (PSOM-XL o S12) para lograr una mayor capacidad de carga útil. [85] El 29 de diciembre de 2005, ISRO probó con éxito la versión mejorada del refuerzo con correa para el PSLV. [86] El primer uso de PSLV-XL fue el lanzamiento de Chandrayaan-1 por PSLV-C11. La capacidad de carga útil para esta variante es de 1.800 kg (4.000 lb) en órbita sincrónica con el sol. [84]

PSLV-DL

La variante PSLV-DL tiene solo dos propulsores con correa con una carga de propulsor de 12 toneladas. PSLV-C44 el 24 de enero de 2019 fue el primer vuelo que utilizó la variante PSLV-DL del vehículo de lanzamiento de satélites polares. [87] [88] Es capaz de lanzar de 1.257 kg (2.771 lb) a 600 km (370 mi) en órbita sincrónica con el sol. [5]

PSLV-QL

PSLV-C45 despega

La variante PSLV-QL tiene cuatro propulsores con correa iluminados desde el suelo, cada uno con 12 toneladas de propulsor. PSLV-C45 el 1 de abril de 2019 fue el primer vuelo de PSLV-QL. [89] Tiene la capacidad de lanzar de 1.523 kg (3.358 lb) a 600 km (370 mi) en órbita heliosincrónica. [5]

PSLV-3S (concepto)

El PSLV-3S fue concebido como una versión de tres etapas del PSLV sin sus seis propulsores de correa y la segunda etapa líquida. Se esperaba que la masa total de despegue del PSLV-3S fuera de 175 toneladas con capacidad para colocar 500 kg en una órbita terrestre baja de 550 km . [84] [90] [91] [92] [93]

Perfil de lanzamiento

PSLV-XL:

[94] [95] [96]

Estadísticas de lanzamiento

Hasta el 1 de enero de 2024, el PSLV ha realizado 60 lanzamientos, de los cuales 57 alcanzaron con éxito sus órbitas planificadas, dos fracasos totales y un fracaso parcial, lo que arroja una tasa de éxito del 95% (o 97% incluyendo el fracaso parcial). [97] Todos los lanzamientos se han producido desde el Centro Espacial Satish Dhawan, conocido antes de 2002 como Cordillera Sriharikota (SHAR).

Estado del sistema de inicio
  Jubilado
Resumen decenal de los lanzamientos de PSLV

Ver también

Referencias

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