Después de varios retrasos y un vuelo de prueba suborbital el 18 de diciembre de 2014, la ISRO realizó con éxito el primer lanzamiento de prueba orbital del LVM3 el 5 de junio de 2017 desde el Centro Espacial Satish Dhawan . [24]
El costo total de desarrollo del proyecto fue de ₹ 2,962.78 crore (equivalente a ₹ 45 mil millones o US$ 540 millones en 2023). [25] En junio de 2018, el Gabinete de la Unión aprobó ₹ 4,338 crore (equivalente a ₹ 58 mil millones o US$ 700 millones en 2023) para construir 10 cohetes LVM3 durante un período de cinco años. [26]
El LVM3 ha lanzado CARE , el módulo experimental de recuperación de cápsulas espaciales de la India, Chandrayaan-2 y Chandrayaan-3 , la segunda y tercera misiones lunares de la India, y se utilizará para llevar Gaganyaan , la primera misión tripulada bajo el Programa de Vuelos Espaciales Humanos de la India. En marzo de 2022, el proveedor mundial de satélites de comunicaciones con sede en el Reino Unido OneWeb firmó un acuerdo con ISRO para lanzar satélites OneWeb a bordo del LVM3 junto con el PSLV , debido a que los servicios de lanzamiento de Roscosmos se interrumpieron, causado por la invasión rusa de Ucrania . [27] [28] [29] El primer lanzamiento tuvo lugar el 22 de octubre de 2022, inyectando 36 satélites en la órbita terrestre baja .
Descripción del vehículo
Configuración de LVM3-X
La ISRO inicialmente planeó dos familias de lanzadores, el Polar Satellite Launch Vehicle para órbita terrestre baja y lanzamientos polares y el Geosynchronous Satellite Launch Vehicle más grande para cargas útiles a órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). El vehículo fue reconceptualizado como un lanzador más poderoso a medida que cambiaba el mandato de la ISRO. Este aumento de tamaño permitió el lanzamiento de satélites de comunicación y multipropósito más pesados, la habilitación humana para lanzar misiones tripuladas y la futura exploración interplanetaria. [30] El desarrollo del LVM3 comenzó a principios de la década de 2000, con el primer lanzamiento planeado para 2009-2010. [31] [32] [33] El lanzamiento fallido del GSLV D3 , debido a una falla en la etapa superior criogénica, [33] retrasó el programa de desarrollo del LVM3. [34] [35] El LVM3, si bien comparte un nombre con el GSLV, presenta diferentes sistemas y componentes.
Para fabricar el LVM3 en modo de asociación público-privada (APP), ISRO y NewSpace India Limited (NSIL) han comenzado a trabajar en el proyecto. Para investigar posibles oportunidades de asociación público-privada para la producción del LVM3 a través del sector privado indio, NSIL ha contratado a IIFCL Projects Limited (IPL). [36] El viernes 10 de mayo de 2024, NSIL publicó una solicitud de calificación (RFQ), invitando a los socios privados a presentar respuestas para la producción a gran escala del LVM-3. [37] [38] [39] Los planes prevén una asociación de 14 años entre ISRO y la entidad comercial elegida. Se espera que el socio privado pueda producir de cuatro a seis cohetes LVM3 al año durante los siguientes doce años, y que los dos primeros años sirvan como "fase de desarrollo" para la transferencia de tecnología y conocimientos técnicos. [40]
Presupuesto
Primera etapa: 2 x S200 Strap-on
Segunda etapa- L110
Tercera etapa- C25 CUS
Impulsores sólidos S200
Correa S200: Imágenes de la cámara incorporada
La primera etapa consta de dos motores sólidos S200, también conocidos como Large Solid Boosters (LSB) unidos a la etapa central. Cada propulsor tiene 3,2 metros (10 pies) de ancho, 25 metros (82 pies) de largo y transporta 207 toneladas (456.000 libras) de propulsor basado en polibutadieno con terminación en hidroxilo (HTPB) en tres segmentos con carcasas hechas de acero maraging M250 . El segmento de la cabeza contiene 27.100 kg de propulsor, el segmento medio contiene 97.380 kg y el segmento del extremo de la tobera está cargado con 82.210 kg de propulsores. Es el propulsor de combustible sólido más grande después de los SRB del SLS , los SRB del transbordador espacial y los SRB del Ariane 5 . Las toberas flexibles pueden ser vectorizadas hasta ±8° mediante actuadores electrohidráulicos con una capacidad de 294 kilonewtons (66.000 lb f ) utilizando pistones hidroneumáticos que funcionan en modo de purga mediante aceite y nitrógeno a alta presión. Se utilizan para el control del vehículo durante la fase de ascenso inicial. [41] [42] [43] El fluido hidráulico para operar estos actuadores se almacena en un tanque cilíndrico montado externamente en la base de cada propulsor. [44] Estos propulsores arden durante 130 segundos y producen un empuje promedio de 3.578,2 kilonewtons (804.400 lb f ) y un empuje máximo de 5.150 kilonewtons (1.160.000 lb f ) cada uno. La separación simultánea de la etapa central ocurre a los T+149 segundos en un vuelo normal y se inicia utilizando dispositivos de separación pirotécnicos y seis pequeños motores de expulsión de combustible sólido ubicados en los segmentos de nariz y popa de los propulsores. [42] [9]
El primer ensayo de fuego estático del cohete propulsor de combustible sólido S200 , ST-01, se llevó a cabo el 24 de enero de 2010. [9] El propulsor se encendió durante 130 segundos y tuvo un rendimiento nominal durante todo el proceso. Generó un empuje máximo de aproximadamente 4.900 kN (1.100.000 lbf). [45] [10] Se llevó a cabo un segundo ensayo de fuego estático, ST-02, el 4 de septiembre de 2011. El propulsor se encendió durante 140 segundos y nuevamente tuvo un rendimiento nominal durante el ensayo. [46] Se llevó a cabo un tercer ensayo, ST-03, el 14 de junio de 2015 para validar los cambios de los datos del vuelo de prueba suborbital. [47] [48]
Etapa de núcleo líquido L110
L110 Escenario en la Instalación de Preparación de Escenarios
La segunda etapa, denominada L110 , es una etapa de combustible líquido de 21 metros (69 pies) de alto y 4 metros (13 pies) de ancho, y contiene 110 toneladas métricas (240.000 libras) de dimetilhidrazina asimétrica (UDMH) y tetróxido de nitrógeno ( N2O4 ). Está propulsada por dos motores Vikas 2 , cada uno de los cuales genera 766 kilonewtons (172.000 libras· f ) de empuje, lo que da un empuje total de 1.532 kilonewtons (344.000 libras· f ) . [13] [14] El L110 es el primer motor de combustible líquido agrupado diseñado en la India. Los motores Vikas utilizan refrigeración regenerativa , lo que proporciona un peso mejorado y un impulso específico en comparación con los cohetes indios anteriores. [42] [49] Cada motor Vikas se puede cardan individualmente para controlar el cabeceo, la guiñada y el balanceo del vehículo. La etapa central L110 se enciende 114 segundos después del despegue y arde durante 203 segundos. [42] [14] Dado que la etapa L110 está iluminada por aire, sus motores necesitan protección durante el vuelo contra el escape de los propulsores S200 en funcionamiento y el flujo inverso de gases mediante un "sistema de cierre de boquilla" que se desecha antes del encendido de la L110. [50]
El 5 de marzo de 2010 , la ISRO llevó a cabo la primera prueba estática de la etapa central del L110 en su centro de pruebas de sistemas de propulsión líquida (LPSC) en Mahendragiri , Tamil Nadu. La prueba estaba prevista para durar 200 segundos, pero se interrumpió a los 150 segundos después de que se detectara una fuga en un sistema de control. [51] El 8 de septiembre de 2010 se llevó a cabo una segunda prueba estática de fuego de duración completa. [52]
Etapa superior criogénica C25
Escenario C25 en las instalaciones de preparación de escenarios
La etapa superior criogénica , designada C25 , tiene 4 metros (13 pies) de diámetro y 13,5 metros (44 pies) de largo, y contiene 28 toneladas métricas (62.000 libras) de propulsor LOX y LH 2 , presurizado por helio almacenado en botellas sumergidas. [49] [53] Está propulsado por un solo motor CE-20 , que produce 200 kN (45.000 lb f ) de empuje. CE-20 es el primer motor criogénico desarrollado por la India que utiliza un generador de gas , en comparación con los motores de combustión por etapas utilizados en GSLV. [54] En la misión LVM3-M3, se introdujo una nueva etapa C25 de color blanco que tiene procesos de fabricación más respetuosos con el medio ambiente, mejores propiedades de aislamiento y el uso de materiales ligeros. [55] La etapa también alberga las computadoras de vuelo y el sistema de navegación inercial redundante Strap Down del vehículo de lanzamiento en su compartimento de equipos. El sistema de control digital del lanzador utiliza una guía de bucle cerrado durante todo el vuelo para garantizar inyecciones precisas de satélites en la órbita objetivo. El sistema de comunicaciones del vehículo de lanzamiento, que consta de un sistema de banda S para el enlace descendente de telemetría y un transpondedor de banda C que permite el seguimiento por radar y la determinación preliminar de la órbita, también está montado en el C25. El enlace de comunicaciones también se utiliza para la seguridad de alcance y la terminación del vuelo, que utiliza un sistema dedicado que se encuentra en todas las etapas del vehículo y cuenta con aviónica separada. [42]
El primer ensayo de fuego estático de la etapa criogénica C25 se llevó a cabo el 25 de enero de 2017 en las instalaciones del Complejo de Propulsión ISRO (IPRC) en Mahendragiri, Tamil Nadu. La etapa se encendió durante 50 segundos y funcionó de manera nominal. [56] El 17 de febrero de 2017 se completó un segundo ensayo de fuego estático que duró todo el vuelo, 640 segundos. [57] Este ensayo demostró la consistencia en el rendimiento del motor junto con sus subsistemas, incluida la cámara de empuje, el generador de gas, las turbobombas y los componentes de control durante toda la duración. [57]
El carenado de carga útil compuesto de CFRP tiene un diámetro de 5 metros (16 pies), una altura de 10,75 metros (35,3 pies) y un volumen de carga útil de 110 metros cúbicos (3.900 pies cúbicos). [8] Es fabricado por el Centro de Tecnología Avanzada LMW con sede en Coimbatore . [58] Después del primer vuelo del cohete con el módulo CARE , el carenado de carga útil se modificó a una forma de ojiva , y los conos de nariz del propulsor S200 y la estructura entre tanques se rediseñaron para tener un mejor rendimiento aerodinámico. [59] El vehículo cuenta con un gran carenado con un diámetro de cinco metros para proporcionar espacio suficiente incluso para satélites y naves espaciales grandes. La separación del carenado en un escenario de vuelo nominal ocurre aproximadamente en T + 253 segundos y se logra mediante un mecanismo de separación y expulsión de cilindro de pistón lineal (cordón de cremallera) que abarca toda la longitud del PLF que se inicia pirotécnicamente . La presión de gas generada por el cordón de cremallera expande una goma que se encuentra debajo y que empuja el pistón y el cilindro en dirección opuesta, empujando así las mitades del carenado de carga lateralmente, alejándolas del lanzador. El carenado está hecho de aleación de aluminio y cuenta con mantas de absorción acústica . [42]
Variantes y actualizaciones
Certificación de calificación humana
Representación de LVM3 clasificado humano.
Si bien el LVM3 está siendo calificado para el proyecto Gaganyaan , el cohete siempre fue diseñado teniendo en cuenta posibles aplicaciones de vuelos espaciales tripulados. La aceleración máxima durante la fase de ascenso del vuelo se limitó a 4 G para la comodidad de la tripulación y se utilizó un carenado de carga útil de 5 metros (16 pies) de diámetro para poder acomodar módulos grandes como segmentos de la estación espacial. [60]
Además, se han previsto una serie de cambios para que los subsistemas críticos para la seguridad sean fiables, con márgenes operativos más bajos, redundancia, requisitos de calificación estrictos, revaluación y fortalecimiento de los componentes. [61] La mejora de la aviónica incorporará una computadora de navegación y guía cuádruple redundante (NGC), un procesador de telemetría y telecomando de doble cadena (TTCP) y un sistema integrado de monitoreo de salud (LVHM). El vehículo de lanzamiento tendrá los motores Vikas de alto empuje (HTVE) de la etapa central L110 que funcionarán a una presión de cámara de 58,5 bar en lugar de 62 bar. Los propulsores S200 con clasificación humana (HS200) funcionarán a una presión de cámara de 55,5 bar en lugar de 58,8 bar y sus juntas de segmento tendrán tres juntas tóricas cada una. Se emplearán actuadores electromecánicos y controladores de etapa digitales en las etapas HS200, L110 y C25. [62]
Apareamiento con etapa semicriogénica
Artículo de prueba del cabezal de potencia SCE-200
Está previsto que la etapa central L110 del LVM3 sea sustituida por la SC120, una etapa de kerolox impulsada por el motor SCE-200 [63] para aumentar su capacidad de carga útil a 7,5 toneladas métricas (17 000 lb) a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). [64] El SCE-200 utiliza queroseno en lugar de dimetilhidrazina asimétrica (UDMH) como combustible y tiene un empuje de unas 200 toneladas. Se pueden agrupar cuatro de estos motores en un cohete sin propulsores auxiliares para entregar hasta 10 toneladas (22 000 lb) a la GTO. [65] El primer tanque de propulsor para el SC120 fue entregado en octubre de 2021 por HAL. [66]
La versión del LVM3 con motor SC120 no se utilizará para la misión tripulada de la nave espacial Gaganyaan . [67] [68] En septiembre de 2019, en una entrevista con AstrotalkUK, S. Somanath , director del Centro Espacial Vikram Sarabhai , afirmó que el motor SCE-200 estaba listo para comenzar las pruebas. Según un acuerdo entre India y Ucrania firmado en 2005, se esperaba que Ucrania probara componentes del motor SCE-200, por lo que no se esperaba una versión mejorada del LVM3 antes de 2022. [69] Se informa que el motor SCE-200 se basa en el ucraniano RD-810 , que a su vez se propone para su uso en la familia de vehículos de lanzamiento Mayak . [70]
Inducción de la etapa criogénica mejorada
La etapa C25 con una carga de combustible de casi 25 t (55 000 lb) será reemplazada por la C32, con una carga de combustible mayor de 32 t (71 000 lb). La etapa C32 será reiniciable y tendrá un motor CE-20 mejorado. [71] La masa total de la aviónica se reducirá mediante el uso de componentes miniaturizados. [72] El 30 de noviembre de 2020, Hindustan Aeronautics Limited entregó un tanque criogénico basado en aleación de aluminio a ISRO. El tanque tiene una capacidad de 5755 kg (12 688 lb) de combustible y un volumen de 89 m 3 (3100 pies cúbicos). [73] [74]
El 9 de noviembre de 2022, el motor criogénico CE-20 de la etapa superior se probó con un régimen de empuje mejorado de 21,8 toneladas en noviembre de 2022. A lo largo de una etapa adecuada con carga de propulsor adicional, esto podría aumentar la capacidad de carga útil del LVM3 a GTO en hasta 450 kg (990 lb). [75] El 23 de diciembre de 2022, el motor CE-20 E9 se probó en caliente durante 650 segundos. Durante los primeros 40 segundos de prueba, el motor funcionó a un nivel de empuje de 20,2 toneladas, después este motor funcionó a 20 toneladas en zonas fuera de lo nominal y luego durante 435 segundos funcionó a un nivel de empuje de 22,2 toneladas. Con esta prueba, el motor 'E9' ha sido calificado para la inducción en vuelo. [76] Se espera que después de la introducción de esta etapa, la capacidad de carga útil de GTO pueda aumentarse a 6 toneladas. [77]
Misiones notables
Vuelo X
El LVM3-X despega
El vuelo inaugural del LVM3 despegó de la segunda plataforma de lanzamiento en el Centro Espacial Satish Dhawan el 18 de diciembre de 2014 a las 04:00 UTC. [78] La prueba contaba con propulsores funcionales, una etapa central pero llevaba una etapa superior ficticia cuyos tanques de LOX y LH₂ se llenaron con LN₂ y GN₂ respectivamente para simular el peso. También llevaba el Experimento de reingreso atmosférico del módulo de tripulación (CARE) que se probó en el reingreso . [79]
A poco más de cinco minutos de vuelo, el cohete expulsó a CARE a una altitud de 126 kilómetros (78 millas), que luego descendió, controlado por su sistema de control de reacción a bordo . Durante la prueba, el escudo térmico de CARE experimentó una temperatura máxima de alrededor de 1.000 °C (1.830 °F). ISRO transmitió telemetría de lanzamiento durante la fase de deslizamiento balístico hasta que se produjo un apagón de radio para evitar la pérdida de datos en caso de falla. A una altitud de alrededor de 15 kilómetros (9,3 millas), la cubierta del ápice del módulo se separó y se desplegaron los paracaídas. CARE amerizó en la Bahía de Bengala cerca de las islas Andamán y Nicobar y se recuperó con éxito. [80] [81] [82] [83]
Chandrayaan
Tras el fracaso de la misión Phobos-Grunt de Roscosmos , se llevó a cabo una revisión completa de los aspectos técnicos relacionados con la nave espacial, que también estaba prevista para ser utilizada en el módulo de aterrizaje ruso propuesto para Chandrayaan-2 . Esto retrasó el módulo de aterrizaje desde Rusia y finalmente Roscosmos declaró su incapacidad para cumplir con la fecha revisada de 2015 para su lanzamiento a bordo de un cohete GSLV mejorado junto con un orbitador y un explorador indios . ISRO canceló el acuerdo ruso y decidió seguir solo con su proyecto con cambios marginales. [84] [85]
El 22 de julio de 2019, el cohete LVM3 M1 (GSLV Mk.III M1) despegó con un compuesto Chandrayaan-2 Orbiter-Lander de 3850 kg y lo inyectó con éxito en una órbita de estacionamiento de 169,7 x 45 475 km. Esto marcó el primer vuelo operativo del LVM3 después de dos vuelos de desarrollo. [86] El apogeo de la órbita de estacionamiento terrestre es unos 6000 km más de lo previsto originalmente y, por lo tanto, eliminó una de las siete maniobras de elevación de la órbita terrestre. Se atribuyó a un aumento del 15 por ciento en el rendimiento del cohete. [87] [88] El 14 de julio de 2023, el cohete LVM3 M4 inyectó con éxito el compuesto Chandrayaan-3 de 3900 kg a una órbita de estacionamiento de 170 x 36 500 km. [89] El 15 de noviembre de 2023, la etapa criogénica superior ( C25 ) del LVM3 M4 ( identificación NORAD : 57321) realizó un reingreso no controlado a la atmósfera terrestre alrededor de las 9:12 UTC. El punto de impacto se prevé sobre el Océano Pacífico Norte y la trayectoria terrestre final no pasó sobre la India. [90] [91] [92]
Una Web
Misión LVM3 M3 OneWeb India-2
El 21 de marzo de 2022, OneWeb anunció que había firmado un acuerdo de lanzamiento con el proveedor de lanzamiento estadounidense SpaceX para lanzar los satélites restantes de primera generación en cohetes Falcon 9 , y se esperaba que el primer lanzamiento no fuera antes del verano de 2022. [93] [94] El 20 de abril de 2022, OneWeb anunció un acuerdo similar con NewSpace India Limited , el brazo comercial de la Organización de Investigación Espacial de la India . [95] Los satélites OneWeb fueron desplegados por LVM3 tanto el 22 de octubre de 2022 como el 26 de marzo de 2023 [96] utilizando una versión ligeramente modificada del dispensador de satélites utilizado anteriormente en Soyuz . [97] [98]
Perfil de vuelo de la fase de apagado posterior al C25
El primer lote de 36 satélites OneWeb Gen-1 con un peso total de 5796 kg se lanzó a bordo del cohete LVM3 M2 con nombre en código OneWeb India-1 Mission el 22 de octubre de 2022 y los satélites se inyectaron a una órbita terrestre baja de 601 km de altitud y 87,4° de inclinación de forma secuencial. Esta constituyó la primera misión comercial y la primera misión multisatélite a la órbita terrestre baja del cohete, lo que marcó su entrada al mercado mundial de servicios de lanzamiento comercial . La separación de los satélites implicó una maniobra única de la etapa criogénica para sufrir varias reorientaciones y adiciones de velocidad que abarcaron 9 fases que abarcaron 75 minutos. [99] [100] El 26 de marzo de 2023, con nombre en código OneWeb India-2 Mission, se lanzó el segundo lote de 36 satélites a bordo del LVM3 M3 y se inyectó a una altitud de 450 km con la misma inclinación. El lanzamiento contó con una etapa criogénica blanca que tiene en cuenta procesos de fabricación respetuosos con el medio ambiente, mejores propiedades de aislamiento y el uso de materiales ligeros. [101] [55]
Estadísticas de lanzamiento
LVM3 ha acumulado un total de 7 lanzamientos hasta el 19 de julio de 2023. [actualizar]De estos, los 7 fueron exitosos. La tasa de éxito acumulada es del 100%.
^ La ISRO cambió el nombre del GSLV Mk3 a LVM3 después del lanzamiento exitoso de la misión LVM3-M2. El cambio de nombre se realizó para eliminar cualquier ambigüedad sobre la capacidad del vehículo para colocar cargas útiles en una órbita particular. [17] [16]
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Enlaces externos
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Información sobre Bharat-Rakshak GSLV-III
Artículo de New Scientist que incluye un diagrama del GSLV-III
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