Para este propósito, se ha configurado un demostrador de tecnología de vehículo de lanzamiento reutilizable con alas (RLV-TD). El RLV-TD actuó como un banco de pruebas volador para evaluar varias tecnologías como el vuelo de crucero propulsado, el vuelo hipersónico y el aterrizaje autónomo utilizando propulsión por aire. La aplicación de estas tecnologías reduciría el costo del lanzamiento en un factor de 10. [4] Este proyecto no tiene conexión con el concepto del avión espacial Avatar de la Organización de Investigación y Desarrollo de Defensa de la India . [5]
Historia
En 2006, la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) realizó una serie de pruebas terrestres para demostrar una combustión supersónica estable durante casi 7 segundos con un número de Mach de entrada de 6. [6]
En marzo de 2010, la ISRO llevó a cabo las pruebas de vuelo de su nuevo cohete sonda: Advanced Technology Vehicle (ATV-D01), con un peso de 3 toneladas en el despegue, un diámetro de 0,56 m (1 pie 10 pulgadas) y una longitud de ~10 m (33 pies). [7] Llevaba un módulo de combustión de motor estatorreactor pasivo como banco de pruebas para la demostración de la tecnología de propulsión por aire. [8]
En enero de 2012, la ISRO anunció que se había aprobado la construcción y las pruebas de un prototipo a escala, denominado Demostrador de tecnología de vehículo de lanzamiento reutilizable ( RLV-TD ). [9] La caracterización aerodinámica del prototipo RLV-TD estuvo a cargo de los Laboratorios Aeroespaciales Nacionales de la India. El RLV-TD se encuentra en las últimas etapas de construcción a cargo de una empresa privada con sede en Hyderabad llamada CIM Technologies. El tren de aterrizaje fijo para el RLV-TD fue suministrado por Timetooth Technologies. Se espera que el RLV a escala real utilice un tren de aterrizaje retráctil. [10]
El 28 de agosto de 2016, ISRO probó con éxito su motor estatorreactor en el segundo vuelo de desarrollo de su vehículo de tecnología avanzada ATV-D02 desde el Centro Espacial Satish Dhawan el 28 de agosto de 2016. [14] [15] El motor estatorreactor se integrará al RLV en una etapa posterior de desarrollo. [16]
El RLV-TD fue desarrollado con el objetivo de probar varios aspectos como el vuelo hipersónico , el aterrizaje automático , el vuelo de crucero propulsado , el vuelo hipersónico utilizando la propulsión del motor de respiración de aire y el Experimento Hipersónico. ISRO planea una serie de cuatro vuelos de prueba del RLV-TD: [18] [22] [23] HEX (Experimento de Vuelo Hipersónico), LEX (Experimento de Aterrizaje), REX (Experimento de Vuelo de Retorno) posteriormente renombrado a OREX (Experimento de Vuelo de Retorno Orbital) y SPEX (Experimento de Propulsión Scramjet).
Un equipo de 750 ingenieros del Centro Espacial Vikram Sarabhai, el Laboratorio Aeronáutico Nacional y el Instituto Indio de Ciencias trabajaron en el diseño y desarrollo del RLV-TD y el cohete asociado. El RLV-TD se sometió a 120 horas de túnel de viento , 5000 horas de dinámica de fluidos computacional y 1100 ejecuciones de pruebas de simulación de vuelo . El RLV-TD tiene una masa de 1,75 toneladas, una envergadura de 3,6 metros y una longitud total de 6,5 metros (excluyendo el cohete). El vehículo tenía 600 baldosas resistentes al calor en su tren de aterrizaje y presenta alas delta y aletas de cola en ángulo . [24] [25] El costo total del proyecto fue de ₹ 95 crore (equivalente a ₹ 137 crore o US$ 16,4 millones en 2023). [26] [27] Los desarrollos futuros planificados incluyen probar un sistema de propulsión que respira aire, que tiene como objetivo aprovechar el oxígeno de la atmósfera en lugar del oxígeno licuado durante el vuelo. [28]
Proyecto de propulsión por respiración de aire
En enero de 2006, la ISRO completó el diseño, desarrollo y pruebas del estatorreactor supersónico en su Centro Espacial Vikram Sarabhai en Thiruvananthapuram . Durante las pruebas en tierra, se demostró una combustión supersónica estable con un número de Mach 6 en la entrada durante 7 segundos.
El 3 de marzo de 2010, la ISRO realizó con éxito la prueba de vuelo de su nuevo cohete sonda ATV-D01 desde el Centro Espacial Satish Dhawan en Sriharikota . El ATV-D01 pesaba 3 toneladas en el despegue y era el cohete sonda más pesado jamás desarrollado por la ISRO en ese momento. Estaba equipado con un motor estatorreactor pasivo . El cohete voló durante 7 segundos, alcanzó un número de Mach 6 + 0,5 y una presión dinámica de 80 + 35 kPa . [29] [30]
El 28 de agosto de 2016, la ISRO probó un motor estatorreactor con un vuelo de cinco minutos. A una altura de 20 kilómetros, se encendió el motor estatorreactor acoplado al vehículo de tecnología avanzada . Quemó combustible durante cinco segundos, un hito importante en el desarrollo del estatorreactor de modo dual (DMR) en el marco del proyecto Air Breathing Propulsion Project. [31] El motor estatorreactor pesaba 3277 kg en el despegue. Las tecnologías críticas que se han demostrado con éxito incluyen sistemas de inyección de combustible, mecanismos de admisión de aire, encendido del motor de respiración de aire a velocidad supersónica y mantenimiento de la llama a velocidad supersónica. Cada aspecto de la operación de vuelo siguió una secuencia preprogramada. El diseño y desarrollo de una admisión de aire para el motor hipersónico, una cámara de combustión supersónica, materiales que pueden soportar temperaturas extremadamente altas, herramientas computacionales para simular el flujo hipersónico, una gestión térmica adecuada y pruebas en tierra de los motores son solo algunos de los desafíos tecnológicos que la ISRO ha superado con éxito. [32] [33]
El 23 de julio de 2024, la ISRO concluyó efectivamente la segunda demostración de vuelo experimental de la tecnología de propulsión por respiración de aire. Los sistemas de propulsión por respiración de aire se colocaron simétricamente a ambos lados del cohete sonda Rohini RH-560 utilizado en el experimento. Los sistemas de propulsión por respiración de aire se encendieron con éxito y la prueba se realizó satisfactoriamente. Se observaron exhaustivamente 110 parámetros durante el vuelo para evaluar el rendimiento del sistema de propulsión. [34]
Experimentos RLV TD
Experimento de vuelo hipersónico
El Experimento de Vuelo Hipersónico del Vehículo de Lanzamiento Reutilizable o RLV HEX fue el primer vuelo de prueba en el Programa de Demostración de Tecnología RLV. HEX se llevó a cabo con éxito el 23 de mayo de 2016. [2] [35] [36] El RLV-TD consta de un fuselaje (cuerpo), una tapa de morro, alas delta dobles y timones verticales gemelos. Tiene superficies de control activas llamadas Elevons y Rudders. [36] Aparte de los timones gemelos, es similar en forma y funcionamiento a un pequeño transbordador espacial Orbiter. TDV utiliza aproximadamente 600 baldosas de sílice resistentes al calor y aislamiento externo flexible, la tapa de morro está hecha de un compuesto de carbono-carbono con revestimiento de SiC. Los bordes de ataque de los timones gemelos son Inconel-718, los bordes de ataque de las alas de 15CDV6. [37] [38] [39] [40] [41] [42]
HEX fue el primer vuelo de prueba de un vehículo de lanzamiento reutilizable desarrollado por la India. Los objetivos del vuelo de prueba incluyeron: [43]
Validación de las características del diseño aerodinámico durante el vuelo hipersónico
Caracterizar las cargas inducidas durante el descenso hipersónico a través de la atmósfera.
Evaluar el rendimiento de la fibra de carbono utilizada en la construcción del morro del vehículo
Demostrar la secuenciación de separación de primera etapa
El vehículo fue rastreado durante su vuelo desde estaciones terrestres en Sriharikota y una terminal a bordo de un barco. La duración total del vuelo desde el despegue hasta el amerizaje fue de aproximadamente 773,6 segundos. [44] No estaba previsto recuperar la unidad. [45] [46] La ISRO planea construir una pista de aterrizaje de más de 4 km de largo en la isla de Sriharikota en un "futuro cercano". En este vuelo se validaron tecnologías críticas como la navegación autónoma, la guía y el control, el sistema de protección térmica reutilizable y la gestión de la misión de descenso. [47]
Experimento de aterrizaje
El Experimento de Aterrizaje de Vehículo de Lanzamiento Reutilizable o RLV-LEX fue el segundo vuelo de prueba en el Programa de Demostración de Tecnología RLV luego del Experimento de Vuelo Hipersónico. Las pruebas de demostración allanarán el camino para el vehículo de lanzamiento totalmente reutilizable de dos etapas a órbita (TSTO). Además, se realizarán más pruebas similares al RLV-LEX para probar otras condiciones como el viento, diferentes condiciones de falla y otros factores para finalizar la prueba del vehículo. [48] Se realizaron tres de estas pruebas entre abril de 2023 y junio de 2024. Se utilizó un paracaídas de frenado para reducir la velocidad a 100 km/h y se utilizaron frenos de la rueda delantera para detener el vehículo. [49]
Misión de aterrizaje autónomo del vehículo de lanzamiento reutilizable (RLV-LEX-01)
RLV-LEX-01
El RLV-LEX se realizó con éxito el 2 de abril de 2023 en el campo de pruebas aeronáuticas de Chitradurga . [50] El vuelo despegó a las 7:10 a. m. y se lanzó en el aire a una distancia de 4,6 km. El vehículo aterrizó aproximadamente a las 7:40 a. m.
Los objetivos del vuelo de prueba incluyeron: [51]
Simulación de las condiciones exactas del aterrizaje de un vehículo de reentrada espacial: aterrizaje preciso, autónomo, no tripulado y de alta velocidad desde la misma ruta de regreso
Validar los parámetros de aterrizaje, como la velocidad relativa del suelo, la velocidad de descenso de los trenes de aterrizaje y las velocidades corporales precisas que podría experimentar un vehículo espacial de reentrada orbital en su trayectoria de regreso.
Tras la exitosa finalización de la misión, S. Somanath , presidente de la ISRO , dijo a los medios que actualmente están planeando realizar más pruebas de aterrizaje de este tipo para verificar la preparación del software y el hardware en diferentes condiciones. La prueba reportada incluirá el lanzamiento del vehículo desde una altitud de aproximadamente 4,5 kilómetros y con una diferencia lateral después de la cual el vehículo debe guiarse automáticamente para un aterrizaje. [52] La prueba se denominará retroactivamente RLV-LEX-01
RLV-LEX-02
El aterrizaje autónomo de precisión se logró con éxito en el LEX-02 después de ser liberado desde una posición fuera de lo nominal.
El 22 de marzo de 2024 se llevó a cabo otro experimento de aterrizaje en el campo de pruebas aeronáutico de Chitradurga. [53] El vehículo tuvo que corregir desviaciones tanto transversales como descendentes antes de aterrizar de forma autónoma en la pista debido a las maniobras y dispersiones más difíciles del experimento. [54] El vehículo utilizó su sistema de dirección de rueda de morro , frenos del tren de aterrizaje y paracaídas de frenado para ayudarlo a detenerse con precisión en la pista después de realizar las modificaciones transversales requeridas. El RLV-LEX-02 utilizó el mismo vehículo de demostración de vuelo que el RLV-LEX-01. El Centro de sistemas de propulsión líquida (LPSC), la Unidad de sistemas inerciales de ISRO (IISU), el Centro espacial Vikram Sarabhai y la Fuerza Aérea de la India trabajaron junto con el Establecimiento de Desarrollo Aeronáutico (ADE), el Establecimiento de Investigación y Desarrollo de Entrega Aérea (ADRDE) y otras agencias para completar la misión. [55] [56]
RLV-LEX-03
ISRO completó la preparación para el tercer y último experimento de aterrizaje RLV, RLV-LEX-03. En la reunión de Revisión de la Preparación de la Misión del 7 de junio de 2024, S. Unnikrishnan Nair , Director del Centro Espacial Vikram Sarabhai , certificó la misión para la primera quincena de junio en el Campo de Pruebas Aeronáuticas de Chitradurga , sujeta a las condiciones meteorológicas. A diferencia de LEX-02, donde la altitud fue la misma pero la distancia lateral desde la pista fue de 150 metros, Pushpak será volado por un helicóptero Chinook de la IAF a una altura de 4,5 kilómetros y 500 metros a un lado de la pista en LEX-03 antes de ser liberado. El objetivo de la misión LEX-03 es investigar métodos para reducir la tasa de caída, o velocidad de descenso, con el fin de disminuir el peso del impacto. Pushpak llevará un paquete de cinemática en tiempo real (RTK) a bordo. La prueba también determinará el rendimiento de Pushpak en escenarios con viento de cola. [57]
El nuevo paquete cinemático a bordo del LEX-03 mejoró la precisión de NavIC a través de la fusión de múltiples sensores, lo que permitió la corrección de errores en tiempo real para el aterrizaje autónomo.
La fecha de la prueba se cambió a fines de la segunda semana de junio debido a las malas condiciones climáticas. [58] La prueba se llevó a cabo con éxito el 23 de junio desde el campo de pruebas aeronáuticas de Chitradurga. Pushpak fue lanzado desde un helicóptero Chinook de la Fuerza Aérea de la India a una altitud de 4,5 km. [59]
Pushpak realizó automáticamente maniobras de corrección de alcance transversal durante la misión LEX-03, se acercó a la pista y realizó un aterrizaje horizontal preciso en la línea central de la pista. El paracaídas de frenado del vehículo se utilizó para reducir la velocidad a casi 100 km/h después del aterrizaje, y luego se utilizaron los frenos del tren de aterrizaje para detener el vehículo y desacelerarlo en la pista. Pushpak utiliza su rueda de morro y sistema de dirección del timón para mantener automáticamente un movimiento de rodadura constante y preciso a lo largo de la pista durante esta fase de movimiento de rodadura. [60]
La misión replicó las condiciones de aterrizaje a alta velocidad, así como la interfaz de aproximación y aterrizaje, para un vehículo que regresa del espacio. Validación del sofisticado sistema de guía que aborda las correcciones de errores de plano tanto laterales como longitudinales, lo cual es necesario para el próximo Experimento de Vuelo de Retorno Orbital. El vehículo de prueba estaba equipado con un sistema pseudolite , un sensor inercial , un altímetro de radar , un sistema de datos de aire de descarga y un receptor NavIC , entre otros dispositivos de fusión de múltiples sensores. El RLV-LEX-03 demostró la robustez y adaptabilidad de los sistemas de vuelo para múltiples misiones al reutilizar el cuerpo alado y los sistemas de vuelo del LEX-02 sin ninguna modificación. [60]
Futuro
La ISRO tiene previstos dos experimentos más: OREX (Experimento de vuelo de retorno orbital) y SPEX (Experimento de propulsión Scramjet). [11] [61] [62] El OREX se lanzará en un cohete GSLV con una etapa PS-4 en lugar de sus etapas superiores CUS (debido a una disminución del rendimiento a diferencia de un lanzamiento GSLV normal) y un vehículo de reentrada orbital (ORV) en lugar de su carenado de carga útil ojival y reingresará a la atmósfera terrestre para un aterrizaje que demuestre la viabilidad del proyecto. El vehículo OREX será 1,6 veces más grande que la plataforma Pushpak del Experimento de Aterrizaje. Tendrá un tren de aterrizaje retráctil y un sistema de protección térmica para un reingreso seguro a la atmósfera terrestre. [57]
Galería
Fotos del RLV TD
RLV-TD HEX01, TDV en transporte
RLV-TD HEX01 en la primera plataforma de lanzamiento del Centro Espacial Satish Dhawan, Sriharikota (SDSC SHAR) antes del lanzamiento 01
Lanzamiento del RLV-TD HEX01 desde la primera plataforma de lanzamiento del Centro Espacial Satish Dhawan, Sriharikota (SDSC SHAR) 02
LEX-01 simulando parámetros de aterrizaje del vehículo.
Aterrizaje autónomo inaugural del LEX-02.
Para mejorar la seguridad durante las maniobras de aterrizaje autónomas, LEX-03 utilizó un nuevo paquete cinemático, navegación satelital mejorada y fusión de múltiples sensores para la modificación de parámetros en tiempo real y la corrección de errores.
Véase también
Avatar , un concepto de avión espacial no relacionado creado por DRDO de India
Space Rider, un avión espacial robótico planeado por la ESA
Referencias
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Enlaces externos
Página de inicio de RLV-TD en ISRO
Animación del vuelo de prueba del RLV-TD en YouTube
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