SpaceX CRS-1 , también conocido como SpX-1 , [8] fue la primera misión operativa de carga de SpaceX a la Estación Espacial Internacional , bajo su contrato de Servicios de Reabastecimiento Comercial (CRS-1) con la NASA . Fue el tercer vuelo de la nave espacial de carga Dragon sin tripulación y el cuarto vuelo general del vehículo de lanzamiento Falcon 9 de dos etapas de la compañía . El lanzamiento se produjo el 8 de octubre de 2012 a las 00:34:07 UTC . [1] [2] [9] [10]
En mayo de 2012 se informó que el Falcon 9 había sido transportado a Cabo Cañaveral (CCAFS). [11] El Dragon CRS-1 llegó el 14 de agosto de 2012. [12] El 31 de agosto de 2012, se completó un ensayo general húmedo (WDR) para el Falcon 9, y el 29 de septiembre de 2012, se completó una prueba de fuego estático; Ambas pruebas se completaron sin la cápsula Dragon conectada a la pila del vehículo de lanzamiento. [13] [14] La misión pasó su Revisión de preparación para el lanzamiento (LRR) el 5 de octubre de 2012. [10]
El lanzamiento se produjo el 8 de octubre de 2012 a las 00:34:07 UTC y colocó con éxito la nave espacial Dragon en la órbita adecuada para llegar a la Estación Espacial Internacional con reabastecimiento de carga varios días después. Durante el lanzamiento, uno de los nueve motores sufrió una pérdida repentina de presión a los 79 segundos de vuelo, y se produjo una parada temprana inmediata de ese motor; Los escombros se podían ver en el video telescópico del lanzamiento nocturno. Los ocho motores restantes se encendieron durante un período de tiempo más largo y el software de control de vuelo ajustó la trayectoria para insertar al Dragón en una órbita casi perfecta . [15]
El plan de la misión, publicado por la NASA antes de la misión, preveía que el Falcon 9 alcanzara una velocidad supersónica 70 segundos después del despegue y pasara por la zona de máxima presión aerodinámica, " max Q ", el punto en el que se produce la tensión mecánica en el lanzamiento. El vehículo alcanza su punto máximo debido a una combinación de velocidad y resistencia creada por la atmósfera de la Tierra , 10 segundos después. El plan requería que dos de los motores de la primera etapa se apagaran para reducir la aceleración del vehículo de lanzamiento aproximadamente a los 2 minutos y 30 segundos de vuelo, cuando el Falcon 9 tendría nominalmente 90 km (56 millas) de altura y viajaría a 10 veces la velocidad. de sonido. Se planeó que los motores restantes se apagaran poco después, un evento conocido como corte del motor principal (MECO). Cinco segundos después de MECO, la primera y segunda etapa se separan. Siete segundos más tarde, se proyectó que el único motor de vacío Merlin de la segunda etapa se encendiera para comenzar una combustión de 6 minutos y 14 segundos para poner a Dragon en la órbita terrestre baja . Cuarenta segundos después del encendido de la segunda etapa, se planeó desechar el cono protector de la nariz del Dragon, que cubre el mecanismo de atraque del Dragon. A los 9 minutos y 14 segundos después del lanzamiento, estaba previsto que el motor de la segunda etapa se apagara (SECO). Treinta y cinco segundos después, se planeó que Dragon se separara de la segunda etapa del Falcon 9 y alcanzara su órbita preliminar. Según el plan, el dragón desplegaría sus paneles solares y abriría la puerta de su bahía de control de guía y navegación (GNC) que contiene los sensores necesarios para el encuentro y el dispositivo de agarre del Dragón . [dieciséis]
El plan de la misión requería que la nave espacial Dragon realizara una combustión celíptica que la colocaría en una órbita coelíptica circular . [dieciséis]
Mientras Dragon perseguía la Estación Espacial Internacional (ISS), la nave espacial estableció comunicaciones de frecuencia ultra alta (UHF) utilizando su Unidad de comunicación de frecuencia ultra alta (CUCU) COTS. Además, utilizando el panel de mando de la tripulación (CCP) a bordo de la estación, la tripulación de la expedición siguió la aproximación. Esta capacidad de la tripulación para enviar comandos a Dragon es importante durante las fases de encuentro y salida de la misión. [dieciséis]
Durante la aproximación final a la estación, Mission Control Houston y el equipo de SpaceX en Hawthorne realizaron un paso/no paso para permitir que Dragon realizara otro encendido del motor que lo llevó a 250 m (820 pies) de la estación. A esta distancia, Dragon comenzó a utilizar sus sistemas de guía de corto alcance, compuestos por LIDAR y cámaras termográficas. Estos sistemas confirmaron que la posición y la velocidad de Dragon son precisas al comparar la imagen LIDAR que recibe Dragon con las cámaras termográficas de Dragon. El equipo de control de vuelo de Dragon en Hawthorne, con la asistencia del equipo de control de vuelo de la NASA en la Sala de Control de Vuelo de la Estación Espacial Internacional del Centro Espacial Johnson, ordenó a la nave espacial que se acercara a la estación desde su posición de espera. Después de que los equipos de Houston y Hawthorne realizaron otro paso/no paso , a Dragon se le permitió ingresar a la Esfera de exclusión (KOS), una esfera imaginaria dibujada a 200 m (660 pies) alrededor de la estación que reduce el riesgo de colisión. Dragon se dirigió a una posición a 30 m (98 pies) de la estación y fue retenido automáticamente. Se completó otro paso/no paso. Luego, Dragon se dirigió a la posición de 10 m (33 pies), el punto de captura. Se realizó un último paso/no paso, y el equipo de Control de Misión de Houston notificó a la tripulación que iban a capturar a Dragon. [dieciséis]
En ese momento, el miembro de la tripulación de la Expedición 33, Akihiko Hoshide , de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón, utilizó el brazo robótico de 17,6 m (58 pies) de la estación, conocido como Canadarm2 , alcanzó y agarró la nave espacial Dragon a las 10:56 UTC. [6] Hoshide, con la ayuda de la comandante de la Expedición 33 Sunita Williams de la NASA, guió a Dragon hasta el lado que mira hacia la Tierra del módulo Harmony de la estación . Williams y Hoshide intercambiaron lugares y Williams atracó suavemente al Dragon en el mecanismo de atraque común de Harmony a las 13:03 UTC. [6] La apertura de la escotilla entre Dragon y el módulo Harmony, que originalmente no estaba programada para ocurrir hasta el 11 de octubre de 2012, se adelantó y ocurrió a las 17:40 UTC. [6]
Durante un período de dos semanas y media, la tripulación de la ISS descargó la carga útil de Dragon y la recargó para regresar a la Tierra. [dieciséis]
Una vez completada su misión en el laboratorio orbital, el recién llegado ingeniero de vuelo de la Expedición 33, Kevin Ford, utilizó el brazo robótico Canadarm2 para separar Dragon de Harmony, maniobrarlo hasta el punto de liberación de 15 m (49 pies) y liberar el vehículo. Luego, el Dragón realizó una serie de tres quemaduras para colocarlo en una trayectoria lejos de la estación. Aproximadamente seis horas después de que Dragon abandonara la estación, llevó a cabo un proceso de desorbitación que duró hasta 10 minutos. Dragon tarda unos 30 minutos en volver a entrar en la atmósfera de la Tierra, lo que le permite aterrizar en el Océano Pacífico, a unos 450 km (280 millas) de la costa del sur de California. El tronco del Dragón, que contiene sus paneles solares, ha sido desechado. [dieciséis]
El aterrizaje fue controlado mediante el disparo automático de sus propulsores Draco durante el reingreso atmosférico . En una secuencia de eventos cuidadosamente programada, se despliegan dos paracaídas a una altitud de 13.700 m (44.900 pies) para estabilizar y frenar la nave espacial. El despliegue completo de los paracaídas desencadena la liberación de los tres paracaídas principales, cada uno de 35 m (115 pies) de diámetro, a unos 3.000 m (9.800 pies). Mientras los paracaídas se separan de la nave espacial, los paracaídas principales ralentizan aún más el descenso de la nave espacial a aproximadamente 4,8 a 5,4 m/s (16 a 18 pies/s). Incluso si Dragon perdiera uno de sus paracaídas principales, los dos paracaídas restantes aún permitirían un aterrizaje seguro. Se espera que la cápsula Dragon aterrice en el Océano Pacífico , a unos 450 km (280 millas) de la costa del sur de California . SpaceX utiliza una embarcación de 30 m (98 pies) equipada con un bastidor en forma de A y una grúa articulada, una embarcación con tripulación de 27,3 m (90 pies) para operaciones de telemetría y dos embarcaciones inflables de casco rígido de 7,3 m (24 pies) para realizar la recuperación. operaciones. A bordo se encuentran aproximadamente una docena de ingenieros y técnicos de SpaceX, así como un equipo de buceo de cuatro personas. Una vez que la cápsula Dragon cayó, el equipo de recuperación aseguró el vehículo y luego lo colocó en cubierta para el viaje de regreso a la costa. [dieciséis]
Los técnicos de SpaceX abrieron la escotilla lateral del vehículo y recuperaron los elementos críticos. Los artículos de carga críticos se colocaron en una lancha rápida para el viaje de 450 km (280 millas) de regreso a California para su eventual regreso a la NASA , que luego se encargó de la valiosa carga científica y se encargó del análisis de las muestras posterior al vuelo. [17] El resto de la carga se descargó una vez que la cápsula Dragon llegó a las instalaciones de pruebas de SpaceX en McGregor, Texas . [18]
Cuando se lanzó, el CRS-1 Dragon estaba lleno con aproximadamente 905 kg (1995 lb) de carga, 400 kg (880 lb) sin embalaje. [16] Se incluyeron 118 kg (260 lb) de suministros para la tripulación, 117 kg (258 lb) de materiales críticos para soportar los 166 experimentos a bordo de la estación y 66 nuevos experimentos, así como 105,2 kg (232 lb) de hardware para la estación así como otros artículos diversos. [dieciséis]
El Dragon devolvió 905 kg (1995 lb) de carga, 759 kg (1673 lb) sin embalaje. [16] Se incluyeron 74 kg (163 lb) de suministros para la tripulación, 393 kg (866 lb) de experimentos científicos y hardware para experimentos, 235 kg (518 lb) de hardware de la estación espacial, 33 kg (73 lb) de equipo de trajes espaciales y 25 kg (55 lb) de artículos varios. [dieciséis]
Durante algunos meses antes del lanzamiento, se planeó lanzar un prototipo de satélite Orbcomm-G2 de segunda generación de 150 kg (330 lb) como carga útil secundaria desde la segunda etapa del Falcon 9. [19] [20] Aunque la carga útil secundaria llegó a la órbita de inserción del Dragón, una anomalía en uno de los nueve motores de la primera etapa del Falcon 9 durante el ascenso provocó el apagado automático del motor y un encendido más prolongado de la primera etapa en el Los ocho motores restantes para completar la inserción orbital y, posteriormente, aumentar el uso de propulsor durante la misión nominal.
El contratista principal de la carga útil, la NASA, requiere una probabilidad estimada superior al 99% de que la etapa de cualquier carga útil secundaria en una inclinación orbital similar a la de la Estación Espacial Internacional alcance su objetivo de altitud orbital por encima de la estación. Debido a la falla del motor, el Falcon 9 utilizó más propulsor del previsto, lo que redujo la estimación de probabilidad de éxito a aproximadamente el 95%. Debido a esto, la segunda etapa no intentó una segunda combustión, y Orbcomm-G2 quedó en una órbita inutilizable [21] [22] y se quemó en la atmósfera de la Tierra dentro de los 4 días posteriores al lanzamiento. [23] [24]
Tanto SpaceX como Orbcomm eran conscientes, antes de la misión, del alto riesgo de que el satélite de carga útil secundaria pudiera permanecer a menor altitud de la órbita de inserción del Dragón, y ese era un riesgo que Orbcomm acordó asumir dado el costo dramáticamente menor del lanzamiento. para una carga útil secundaria. [23]
Durante el ascenso, 79 segundos [28] después del lanzamiento, se produjo una anomalía en uno de los nueve motores de la primera etapa del Falcon 9. SpaceX ha enfatizado durante varios años que la primera etapa del Falcon 9 está diseñada para tener la capacidad de "apagar el motor", con la capacidad de apagar uno o más motores que funcionan mal y aun así realizar un ascenso exitoso. [29] En el evento, la primera etapa del SpaceX CRS-1 apagó el motor no. 1 y, como resultado, continuó el encendido de la primera etapa de los ocho motores restantes durante más tiempo de lo habitual con un empuje algo reducido para insertar la nave espacial Dragon en la órbita adecuada. [30] Aunque no fue intencionada, esta fue la primera demostración en vuelo del diseño de "motor apagado" del Falcon 9, [15] [31] y "proporciona una demostración clara de la capacidad del motor apagado". [32] [28]
En respuesta a la anomalía, la NASA y SpaceX formaron conjuntamente la Junta de Investigación Post-Vuelo CRS-1. [33] La información preliminar de la junta de revisión posterior al vuelo indica que el motor no. 1 cúpula de combustible, encima de la boquilla, se rompió pero no explotó. El combustible quemado que salió antes de apagar el motor provocó la rotura del carenado, como se ve en las grabaciones de vídeo del vuelo. [34] Investigaciones posteriores reveladas en una audiencia en el Congreso identificaron el problema como resultado de un defecto de material no detectado en la cubierta de la cámara del motor, probablemente introducido durante la producción del motor. Durante el vuelo, los datos sugieren que este defecto material finalmente se convirtió en una brecha en la cámara de combustión principal. Esta brecha liberó un chorro de gas caliente y combustible en dirección a la línea principal de combustible, provocando una fuga secundaria y, en última instancia, una rápida caída de la presión del motor. Como resultado, la computadora de vuelo ordenó el apagado del motor no. 1 y Falcon 9 continuaron su camino para asegurar la entrada de Dragon en órbita para su posterior encuentro y atraque con la ISS. [35]
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Estación Espacial Internacional
. Es importante apreciar que Orbcomm entendió desde el principio que la maniobra de elevación de la órbita era tentativa. Aceptaron que existía un alto riesgo de que su satélite permaneciera en la órbita de inserción del Dragón. De lo contrario, SpaceX no habría aceptado volar su satélite, ya que esto no era parte de la misión principal y existía un riesgo material conocido de que no se elevara la altitud.
Este artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .Proporciona una clara demostración de la capacidad del motor apagado.
El problema de la primera etapa estaba relacionado con el motor 1, uno de los nueve
Merlin 1C
, después de que, según se entiende, se rompiera la cúpula de combustible sobre la boquilla. El motor no explotó, pero sí provocó que el carenado que protege el motor de las cargas aerodinámicas se rompiera y cayera del vehículo debido a la liberación de presión del motor.
