El Vehículo Experimental Intermedio ( IXV ) es un vehículo experimental de reentrada suborbital de la Agencia Espacial Europea (ESA) . Fue desarrollado para servir como prototipo de vehículo de retorno orbital con cuerpo elevador para validar el trabajo de la ESA en el campo de los vehículos de retorno orbital reutilizables.
La Agencia Espacial Europea tiene un programa llamado Programa Preparatorio de Futuros Lanzadores (FLPP), que realizó una convocatoria de presentaciones para un avión espacial reutilizable . [4] [5] Una de las presentaciones fue la de la Agencia Espacial Italiana, que presentó su propio Programa para un demostrador reutilizable en órbita en Europa (programa PRIDE), que siguió adelante con el desarrollo de un vehículo de prueba inicial, Pre-X , seguido del prototipo denominado Vehículo Experimental Intermedio (IXV) y el consiguiente Space Rider que hereda la tecnología de su prototipo IXV. [6]
El 11 de febrero de 2015, el IXV realizó su primer vuelo espacial suborbital de 100 minutos y completó con éxito su misión al aterrizar intacto en la superficie del Océano Pacífico . [7] [8] El vehículo es el primer cuerpo elevador que realiza una reentrada atmosférica completa desde la velocidad orbital. [9] : 23 Misiones anteriores han probado en vuelo ya sea cuerpos alados, que son altamente controlables pero también muy complejos y costosos, o cápsulas, que son difíciles de controlar pero ofrecen menos complejidad y menor costo. [10]
Durante las décadas de 1980 y 1990, hubo un importante interés internacional en el desarrollo de plataformas de lanzamiento reutilizables y naves espaciales reutilizables , particularmente con respecto a los aviones espaciales , siendo quizás los ejemplos más destacados de estos los programas del transbordador espacial estadounidense y el Buran soviético . Las agencias espaciales nacionales de las naciones europeas, como el Centro Nacional de Estudios Espaciales (CNES) de Francia y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) de Alemania, trabajaron en sus propios diseños durante esta era, siendo el más destacado de ellos el avión espacial Hermes . El desarrollo del programa Hermes, que contó con el respaldo de la Agencia Espacial Europea (ESA) durante varios años, finalizó en 1992, antes de que se realizaran vuelos, a favor de un acuerdo de asociación con la Agencia Rusa de Aviación y Espacio (RKA) para utilizar en su lugar, la nave espacial Soyuz existente .
Si bien el trabajo en el desarrollo del vehículo Hermes se canceló a principios de la década de 1990, la ESA mantuvo su objetivo estratégico a largo plazo de desarrollar localmente y eventualmente desplegar vehículos espaciales reutilizables similares. En consecuencia, para apoyar este objetivo, la ESA se embarcó en una serie de estudios de diseño sobre diferentes conceptos de vehículos experimentales, así como para refinar y mejorar tecnologías consideradas críticas para futuros vehículos de reentrada. [11] Para probar y seguir desarrollando las tecnologías y conceptos producidos por estos estudios, era clara la necesidad de acumular experiencia práctica de vuelo con sistemas de reentrada, así como de mantener y ampliar la cooperación internacional en los campos del transporte espacial, la exploración , y la ciencia. De estos deseos surgió el Programa Preparatorio de Futuros Lanzadores (FLPP), una iniciativa encabezada por la ESA concebida y defendida por varios de sus estados miembros, que proporcionó un marco para abordar los desafíos y el desarrollo de la tecnología asociada con los vehículos de reentrada. [11]
Se reconoció que, para lograr avances significativos, el FLPP requeriría la producción y prueba de un prototipo de vehículo de reentrada que se basara en sus investigaciones, tecnologías y diseños existentes. [11] Al adoptar un enfoque paso a paso utilizando una serie de vehículos de prueba antes del desarrollo de una serie más amplia de vehículos de producción, se consideró que este enfoque reducía el riesgo y permitía la integración de desarrollos cada vez más sofisticados de las primeras misiones de costo relativamente bajo.
De acuerdo con esta determinación, a principios de 2005, la Agencia Espacial Italiana y el Centro de Investigación Aeroespacial Italiano iniciaron formalmente el proyecto Vehículo experimental intermedio (IXV) en el marco de un programa italiano denominado PRIDE ( Programa para un demostrador reutilizable en órbita en Europa ) [ 6] Su principal contratista industrial fue Next Generation Launcher Prime SpA (NGLP) en Italia. [11] Esta última organización es una empresa conjunta compuesta por dos importantes empresas aeroespaciales europeas, Astrium y Finmeccanica . El programa PRIDE contó con el apoyo de varias agencias espaciales nacionales, entre ellas el Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial , la Agencia Espacial Italiana (ASI), la agencia espacial francesa CNES y el DLR de Alemania ; En noviembre de 2006, la IXV contaba con el apoyo de 11 Estados miembros: Austria, Bélgica, Francia, Alemania, Irlanda, Italia, Portugal, España, Suecia, Suiza y Países Bajos. [11] De ellos, Italia surgió como el principal patrocinador financiero del programa IXV. [12]
El proyecto IXV se benefició y aprovechó gran parte de los datos de investigación y principios operativos de muchos de los estudios realizados anteriormente, especialmente del exitoso Demostrador de Reentrada Atmosférica (ARD), que fue probado en vuelo durante 1998. Al principio, durante la definición y En las etapas de madurez del diseño del proyecto, se realizaron nuevamente comparaciones exhaustivas entre los conceptos nacionales y de la ESA existentes frente a criterios compartidos, con el objetivo de evaluar los requisitos del experimento (tecnología y sistemas), los requisitos del programa (preparación de la tecnología, cronograma de desarrollo y costo) y la mitigación de riesgos (viabilidad). , madurez, solidez y potencial de crecimiento). [11] El diseño de referencia seleccionado, una configuración de cuerpo elevador delgado, se basó principalmente en los vehículos ARD de la ESA Pre-X liderados por el CNES . El trabajo de desarrollo avanzó rápidamente a través de la fase de definición del diseño preliminar, llegando a una revisión de los requisitos del sistema a mediados de 2007. [11]
El 18 de diciembre de 2009, la ESA anunció la firma de un contrato con Thales Alenia Space , valorado en 39.400.000 € , para cubrir 18 meses de trabajos preliminares del IXV. [13] [14] En 2011, el coste total estimado para el proyecto IXV fue supuestamente de 150.000.000 € . [15]
A finales de 2012, el sistema de paracaídas subsónico del IXV fue probado en el Yuma Proving Ground en Arizona , Estados Unidos. [16] Poco después, se llevaron a cabo una serie de pruebas de impacto en el agua en el tanque de investigación INSEAN del Consiglio Nazionale delle Ricerche cerca de Roma, Italia. [17]
El 21 de junio de 2013, se lanzó un vehículo de prueba IXV desde una altitud de 3 km (1,9 millas) en la cordillera Salto di Quirra frente a Cerdeña , Italia. El propósito de este lanzamiento de prueba fue validar el sistema de aterrizaje en el agua del vehículo, incluido el paracaídas subsónico, los globos de flotación y el despliegue de balizas. Se encontró una pequeña anomalía durante el inflado de los globos; sin embargo, todos los demás sistemas funcionaron como se esperaba. Después de la prueba de caída, el vehículo fue recuperado para su posterior análisis. [18] El 23 de junio de 2014, el buque de recuperación Nos Aries llevó a cabo un ejercicio de entrenamiento con un único artículo de prueba IXV frente a la costa de Toscana . [19]
Durante junio de 2014, el vehículo de prueba IXV llegó al Centro Técnico ESTEC en Noordwijk , Países Bajos, para someterse a una campaña de pruebas para confirmar su preparación para el vuelo en anticipación de un vuelo en un cohete Vega , que en ese momento estaba programado para ocurrir en noviembre. de ese año. [20]
El Vehículo Experimental Intermedio (IXV) es un prototipo de avión espacial reutilizable no tripulado y el precursor del siguiente modelo llamado Space Rider . Según la ESA, la parte Intermedia de su nombre se debe a que la forma del vehículo no es necesariamente representativa de la futura nave espacial de producción prevista. [11] Posee una disposición de cuerpo de elevación que carece de alas de ningún tipo, lo que resulta en una relación de elevación a resistencia (L/D) de 0,7 durante la reentrada. El tamaño y la forma se equilibran entre la necesidad de maximizar el volumen interno para acomodar cargas útiles experimentales mientras se mantiene dentro de los límites de masa del lanzador Vega y el centro de gravedad favorable . El vehículo incluye deliberadamente varias tecnologías clave de interés para la ESA, incluido su sistema de protección térmica y la presencia de superficies de control aerodinámico activo. [11] El control y la maniobrabilidad del IXV se obtienen mediante una combinación de estas superficies aerodinámicas (que comprenden un par de flaps móviles ) y propulsores durante todo su régimen de vuelo, que incluye volar a velocidades hipersónicas . [11]
Una función clave del IXV es la obtención de datos y experiencia en la reentrada controlada aerodinámicamente, lo que, según la ESA, representa avances significativos con respecto a las técnicas balísticas y cuasibalísticas empleadas anteriormente. [11] A lo largo de cada misión, se registran datos representativos del rendimiento de la reentrada para investigar los fenómenos aerotermodinámicos y validar las herramientas de diseño del sistema y los métodos de verificación en tierra, lo que a su vez respalda los esfuerzos de diseño futuros. [11] El reingreso se logra en una actitud con el morro alto, similar al transbordador espacial operado por la NASA ; Durante esta fase del vuelo, las maniobras del avión espacial se logran saliendo del avión y luego elevándose en esa dirección, similar a un avión convencional. [12] El aterrizaje se realiza mediante una disposición de paracaídas , que se expulsan durante el descenso a través de la parte superior del vehículo; Además, segundos antes del aterrizaje, se inflan una serie de airbags para suavizar el aterrizaje. [11]
Otro objetivo clave de la ESA para el IXV fue la verificación tanto de su estructura como de sus avanzadas medidas de protección térmica, específicamente su desempeño durante las difíciles condiciones presentes durante el reingreso. [11] La parte inferior está cubierta por paneles cerámicos de protección térmica compuestos de una mezcla de fibra de carbono y carburo de silicio fijados directamente a la estructura del avión espacial, mientras que materiales ablativos que comprenden un material compuesto a base de corcho y silicio recubren las superficies superiores del vehículo. [12] La estructura del avión se basó en una disposición tradicional de estructura caliente/estructura fría, basándose en una combinación de ensamblajes cerámicos y metálicos avanzados, materiales aislantes, así como el diseño efectivo de una variedad de accesorios, uniones y sellos; También se consideró de gran importancia el papel desempeñado por las técnicas avanzadas de navegación y control.
El IXV cuenta con el apoyo en órbita de un módulo de apoyo y maniobra separado, que es en gran medida similar al módulo de recursos que estaba destinado a ser utilizado por el transbordador Hermes cancelado . La aviónica del IXV está controlada por un microprocesador LEON2-FT y está interconectada mediante un bus serie MIL-STD-1553B . [21]
Como vehículo experimental destinado principalmente a recopilar datos, varios sensores y equipos de monitoreo estuvieron presentes y operativos durante todo el vuelo con el fin de recopilar datos para respaldar el esfuerzo de evaluación, incluida la verificación de las tecnologías críticas de reentrada del vehículo. [11] Los datos registrados cubrieron varios elementos del vuelo del IXV, incluidos sus sistemas de guía, navegación y control, como las mediciones de identificación del modelo de vehículo (VMI) para la reconstrucción posterior al vuelo del comportamiento dinámico y el entorno de la nave espacial, así como el experimentos básicos obligatorios relacionados con sus tecnologías de reentrada. [11] Además, el IXV normalmente llevará experimentos complementarios de pasajeros que, si bien no han sido directamente necesarios para el éxito de su misión, sirven para aumentar el retorno de la inversión del vehículo; Según la ESA, se habían recibido más de 50 propuestas de este tipo de una combinación de industrias, institutos de investigación y universidades europeas, muchas de las cuales tenían beneficios para futuros programas de lanzadores (como posibles métodos adicionales de orientación, navegación, control, monitoreo de la salud estructural, y protección térmica), exploración espacial y valor científico. A lo largo de cada misión, la telemetría se transmite a los controladores terrestres para monitorear el progreso del vehículo; [11] sin embargo, se sabe que fenómenos como la acumulación de plasma alrededor del avión espacial durante su reingreso bloquean las señales de radio. [12]
El IXV es el precursor del siguiente modelo denominado Space Rider , también desarrollado en el marco del programa italiano PRIDE para la ESA. [6]
Durante 2011, se informó que estaba previsto que el IXV realizara su vuelo inaugural ya en 2013; [22] sin embargo, el vehículo fue reprogramado más tarde para realizar su primer lanzamiento utilizando el lanzador Vega recientemente desarrollado a finales de 2014. [23] [24] Esta ventana de lanzamiento inicial finalmente se perdió debido a problemas de seguridad de alcance no resueltos. [25]
Tras algunos retrasos, el 11 de febrero de 2015, el IXV fue lanzado con éxito en una trayectoria suborbital por un cohete Vega en la misión VV04. [1] Habiendo sido lanzado a las 08:40 hora local, [26] el vehículo se separó del vehículo lanzador Vega a 333 km de altitud y ascendió a 412 km, tras lo cual inició un descenso controlado para iniciar su reingreso a 120 km de altitud, recorriendo a una velocidad registrada de 7,5 km/s, idéntica a la ruta de reentrada típica de las naves espaciales de órbita terrestre baja (LEO). Tras su reingreso, el IXV se deslizó sobre el Océano Pacífico antes de la apertura de sus paracaídas de aterrizaje, que fueron desplegados para frenar el descenso de la nave, después de haber recorrido más de 7.300 km desde el inicio de su reingreso. [9] : 25–26 El vehículo descendió a la superficie del Océano Pacífico, donde posteriormente fue recuperado por el barco Nos Aries ; Se llevó a cabo un análisis tanto de la propia nave espacial como de los datos registrados de la misión. [27] [28] Jean-Jacques Dordain , entonces director general de la ESA, declaró sobre la misión: "No podría haber sido mejor, pero la misión en sí aún no ha terminado... moverá las fronteras de conocimientos más antiguos sobre la aerodinámica, las cuestiones térmicas y el guiado y navegación de un vehículo de este tipo: este cuerpo elevador". [12]
Tras la finalización del vuelo de prueba supuestamente "perfecto", los funcionarios de la ESA decidieron que se debería realizar un vuelo de prueba adicional durante el período 2019-2020. Durante esta misión, se había previsto que el IXV aterrizara de una manera diferente, descendiendo directamente a una pista en lugar de realizar un aterrizaje de amerizaje como antes; este enfoque debe lograrse mediante la instalación de un parafoil o mediante la adopción de un tren de aterrizaje . La planificación para el segundo vuelo espacial originalmente debía comenzar en marzo de 2015, mientras que el trabajo de diseño en el vehículo modificado debía comenzar a mediados de 2015. [29] [ necesita actualización ]
En el presupuesto científico de la ESA de diciembre de 2016, el Consejo Ministerial aprobó la financiación para el próximo vuelo IXV en forma del vehículo orbital comercializado Space Rider . [30] Después de las revisiones de diseño en 2018 y 2019, se iba a lanzar una maqueta de tamaño completo desde un globo en 2019 y tendrá un primer vuelo sobre un Vega-C en 2020/2021. Luego realizará aproximadamente 5 vuelos científicos en intervalos de 6 a 12 meses antes de estar disponible comercialmente a partir de 2025 a un costo de 40.000 dólares por kg de carga útil para su lanzamiento, operación y regreso a la Tierra. [31] El mini transbordador Space Rider tendrá una longitud de entre 4 y 5 metros, una capacidad de carga útil de 800 kg, [32] una masa total de 2.400 kg y una duración de misiones de 2 a 6 meses en una órbita de 400 km. antes de regresar a la Tierra y volver a volar en 4 meses. El dispensador de carga útil AVUM de cuarta etapa del cohete Vega-C actúa como módulo de servicio para el transbordador, proporcionando maniobras y frenado orbital, potencia y comunicaciones antes de ser desechado para el reingreso. [33] El módulo de servicio AVUM reemplaza el módulo de propulsión IXV integrado y libera 0,8 m 3 de espacio interno en el vehículo para un compartimento de carga útil. El Space Rider tiene un funcionamiento similar al X-37B estadounidense , pero tiene la mitad de longitud que el X37 y una quinta parte de su masa y capacidad de carga útil, lo que lo convertirá en el avión espacial más pequeño y ligero que jamás haya volado. Las puertas de la carga útil se abrirán al alcanzar la órbita, exponiendo los instrumentos y experimentos al espacio antes de cerrarse para el aterrizaje.
En diciembre de 2020, la ESA firmó contratos con los contratistas coprincipales Thales Alenia Space y Avio para la entrega del modelo de vuelo Space Rider. El primer vuelo está previsto ahora para finales de 2023. [34]
Datos de la ESA, [15] Space.com, [22] Página espacial de Gunter [35]
Características generales
Actuación
El Vehículo Experimental Intermedio (IXV), en el marco
del Programa Preparatorio de Futuros Lanzadores
(FLPP) de la ESA, es el paso adelante respecto al exitoso vuelo
del Demostrador de Reentrada Atmosférica
en 1998, estableciendo el papel de Europa en este campo.
Navegará a través de la atmósfera dentro de su corredor de reentrada antes de descender, frenado por un paracaídas de varias etapas, para un amerizaje seguro en el Océano Pacífico unos 100 minutos después del despegue.
El Vehículo Experimental Intermedio de la ESA realizó un reingreso impecable y amerizó en el Océano Pacífico, justo al oeste de las islas Galápagos.
El contrato está valorado en 39,4 millones de euros para cubrir los trabajos preliminares de IXV durante 18 meses, dijo Fabrizi.
Ayer, el barco y la tripulación que tenían como objetivo recuperar la nave espacial no tripulada europea IXV en noviembre realizaron una práctica frente a la costa de Toscana, Italia.
El momento en que el vehículo experimental intermedio IXV de la ESA se retira de su contenedor protector, de forma segura dentro de la sala limpia del Centro Técnico de la Agencia.
En 2013, un cohete Vega transportará el vehículo experimental intermedio de la ESA al espacio.
El lanzamiento, utilizando el nuevo lanzador ligero Vega de Europa, está previsto para octubre de 2014.
El lanzamiento del vehículo experimental intermedio IXV de la ESA en el nuevo cohete Vega de Europa se encuentra ahora en fase de planificación detallada, un paso importante hacia el vuelo de la nave en 2014.
Volará en fase hipersónica experimental sobre el Océano Pacífico, descenderá en paracaídas y aterrizará en el océano a la espera de recuperación y análisis.
