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 sustentador 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 Future Launchers Preparatory Programme (FLPP), que hizo un llamado a la presentación de propuestas para un avión espacial reutilizable . [4] [5] Una de las propuestas fue la de la Agencia Espacial Italiana, que presentó su propio Programa para Demostradores en Órbita Reutilizables en Europa (programa PRIDE) que siguió adelante para desarrollar un vehículo de prueba inicial, Pre-X , seguido del prototipo llamado 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, completando con éxito su misión al aterrizar intacto en la superficie del Océano Pacífico . [7] [8] El vehículo es el primer cuerpo sustentador en realizar una reentrada atmosférica completa desde la velocidad orbital. [9] : 23 Las misiones anteriores han probado en vuelo 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 los años 1980 y 1990, hubo un interés internacional significativo en el desarrollo de plataformas de lanzamiento reutilizables y naves espaciales reutilizables , particularmente en lo que respecta a los aviones espaciales , tal vez los ejemplos más destacados de estos sean 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 fue respaldado por la Agencia Espacial Europea (ESA) durante varios años, finalmente se dio por terminado en 1992 antes de que se realizara ningún vuelo a favor de un acuerdo de asociación con la Agencia Espacial y de Aviación Rusa (RKA) para utilizar la nave espacial Soyuz existente .
Aunque el trabajo sobre el desarrollo del vehículo Hermes se canceló a principios de los años 90, la ESA mantuvo su objetivo estratégico a largo plazo de desarrollar y, en última instancia, desplegar de forma autóctona 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 las tecnologías consideradas críticas para los futuros vehículos de reentrada. [11] Para probar y seguir desarrollando las tecnologías y los conceptos producidos por estos estudios, existía una clara 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, la exploración y la ciencia espaciales. 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 a los vehículos de reentrada. [11]
Se reconoció que, para lograr un progreso significativo, 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 reduciría el riesgo y permitiría la integración de desarrollos progresivamente más sofisticados de las primeras misiones de costo relativamente bajo.
En consonancia con esta determinación, a principios de 2005, la Agencia Espacial Italiana y el Centro de Investigación Aeroespacial Italiano iniciaron formalmente el proyecto del Vehículo eXperimental Intermedio (IXV) en el marco de un programa italiano denominado PRIDE ( Programme for reusable in-orbit Demonstrator in Europe ) [6]. Su principal contratista industrial fue Next Generation Launcher Prime SpA (NGLP) en Italia. [11] Esta última organización es una entidad de riesgo compartido que comprende 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, el IXV contaba con el apoyo de 11 Estados miembros: Austria, Bélgica, Francia, Alemania, Irlanda, Italia, Portugal, España, Suecia, Suiza y los 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 los principios operativos de muchos de los estudios realizados anteriormente, especialmente del exitoso Demostrador de Reentrada Atmosférica (ARD), que se probó en vuelo durante 1998. Al principio, durante las etapas de definición de la misión y madurez del diseño del proyecto, se realizaron nuevamente comparaciones exhaustivas entre los conceptos existentes de la ESA y los nacionales en función de criterios compartidos, con el objetivo de evaluar los requisitos del experimento (tecnología y sistemas), los requisitos del programa (disponibilidad de la tecnología, cronograma de desarrollo y costo) y la mitigación de riesgos (viabilidad, madurez, robustez y potencial de crecimiento). [11] El diseño de referencia seleccionado, una configuración de cuerpo sustentador delgado, se basó principalmente en el Pre-X dirigido por el CNES, los vehículos ARD de la ESA. 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 trabajo preliminar del IXV. [13] [14] En 2011, el coste total estimado para el proyecto IXV fue, según se informó, 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 de agua en el tanque de investigación INSEAN del Consiglio Nazionale delle Ricerche cerca de Roma, Italia. [17]
El 21 de junio de 2013, un vehículo de prueba IXV fue lanzado desde una altitud de 3 km (1,9 mi) en la cordillera Salto di Quirra frente a Cerdeña , Italia. El propósito de esta prueba de lanzamiento fue validar el sistema de aterrizaje en el agua del vehículo, incluido el paracaídas subsónico, los globos de flotación y el despliegue de la baliza. 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 lanzamiento, el vehículo fue recuperado para un análisis más profundo. [18] El 23 de junio de 2014, el barco de recuperación Nos Aries realizó un ejercicio de entrenamiento con un solo artículo de prueba IXV frente a la costa de Toscana . [19]
Durante junio de 2014, el vehículo de pruebas 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 previsión de un vuelo en un cohete Vega , que en ese momento estaba programado para ocurrir durante noviembre de ese año. [20]
El vehículo experimental intermedio (IXV) es un prototipo de avión espacial reutilizable sin tripulación , 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 nave espacial de producción prevista. [11] Posee una disposición de cuerpo sustentador que carece de alas de cualquier tipo, lo que resulta en una relación sustentación/arrastre (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 un 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 activas. [11] El control y la maniobrabilidad del IXV se proporcionan 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]
Un papel clave para el IXV es la obtención de datos y experiencia en la reentrada controlada aerodinámicamente, que según la ESA representa avances significativos en técnicas balísticas y cuasi balísticas empleadas anteriormente. [11] A lo largo de cada misión, se registran datos representativos del rendimiento de la reentrada para investigar fenómenos aerotermodinámicos y validar herramientas de diseño del sistema y métodos de verificación en tierra, lo que a su vez respalda los esfuerzos de diseño futuros. [11] La reentrada se logra en una actitud de morro alto, similar al transbordador espacial operado por la NASA ; durante esta fase del vuelo, la maniobra del avión espacial se logra rodando fuera del plano y luego levantándose en esa dirección, similar a un avión convencional. [12] El aterrizaje se logra mediante un arreglo 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 bolsas de aire para suavizar el aterrizaje. [11]
Otro objetivo clave de la ESA para el IXV fue la verificación tanto de su estructura como de sus medidas avanzadas de protección térmica, específicamente su desempeño durante las difíciles condiciones presentes durante la reentrada. [11] La parte inferior está cubierta por paneles de protección térmica de cerámica 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 silicona recubren las superficies superiores del vehículo. [12] [21] El fuselaje se basó en una disposición tradicional de estructura caliente/estructura fría, que se basa en una combinación de conjuntos cerámicos y metálicos avanzados, materiales aislantes, así como el diseño eficaz de diversos accesorios, uniones y sellos; el papel desempeñado por las técnicas avanzadas de navegación y control también se consideró de gran importancia.
El IXV está respaldado en órbita por un módulo de maniobra y soporte independiente, que es en gran medida similar al módulo de recursos que se había previsto para el transbordador Hermes , que fue cancelado . La aviónica del IXV está controlada por un microprocesador LEON2-FT y está interconectada por un bus serial MIL-STD-1553B . [22]
Como vehículo experimental destinado principalmente a recopilar datos, varios sensores y equipos de monitoreo estuvieron presentes y operativos durante toda la duración del vuelo para recopilar datos que respaldaran 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 del vehículo (VMI) para la reconstrucción posterior al vuelo del comportamiento dinámico y el entorno de la nave espacial, así como los 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 mezcla de industrias, institutos de investigación y universidades europeas, muchas de las cuales tienen beneficios para futuros programas de lanzadores (como posibles métodos adicionales de guía, navegación, control, monitoreo de la salud estructural y protección térmica), exploración espacial y valor científico. A lo largo de cada misión, se transmite telemetría a los controladores de tierra 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 llamado Space Rider , también desarrollado bajo el programa italiano PRIDE para la ESA. [6]
Durante 2011, se informó que estaba previsto que el IXV realizara su vuelo inaugural a principios de 2013; [23] sin embargo, el vehículo fue reprogramado posteriormente para realizar su primer lanzamiento utilizando el lanzador Vega recientemente desarrollado a fines de 2014. [24] [25] Esta ventana de lanzamiento inicial finalmente se perdió debido a problemas de seguridad de alcance no resueltos. [26]
Tras algunas demoras, el 11 de febrero de 2015 el IXV fue lanzado con éxito a una trayectoria suborbital por un cohete Vega en la misión VV04. [1] Tras haber despegado a las 08:40 am hora local, [27] el vehículo se separó del vehículo de lanzamiento Vega a una altitud de 333 km y ascendió a 412 km, tras lo cual comenzó un descenso controlado hacia el inicio de su reentrada a una altitud de 120 km, viajando a una velocidad registrada de 7,5 km/s, idéntica a una trayectoria de reentrada típica para ser volada por naves espaciales en órbita terrestre baja (LEO). Después de la reentrada, el IXV se deslizó sobre el Océano Pacífico antes de la apertura de sus paracaídas de aterrizaje, que se desplegaron para frenar el descenso de la nave, habiendo volado más de 7300 km desde el inicio de su reentrada. [9] : 25–26 El vehículo descendió a la superficie del Océano Pacífico, donde fue recuperado posteriormente por la nave Nos Aries ; se realizó un análisis tanto de la propia nave espacial como de los datos de la misión registrados. [28] [29] Jean-Jacques Dordain , entonces director general de la ESA, afirmó sobre la misión: "No podría haber sido mejor, pero la misión en sí aún no ha terminado... moverá las fronteras del conocimiento aún más atrás en lo que respecta a la aerodinámica, las cuestiones térmicas y la guía y navegación de un vehículo de este tipo, este cuerpo elevador". [12]
Tras la finalización del vuelo de prueba, que según se informó fue "impecable", 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 sobre una pista en lugar de realizar un aterrizaje en amerizaje como antes; este enfoque se logrará 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 durante marzo de 2015, mientras que el trabajo de diseño en el vehículo modificado debía comenzar a mediados de 2015. [30] [ necesita actualización ]
En el presupuesto científico de la ESA de diciembre de 2016, el Consejo Ministerial aprobó la financiación para el próximo vuelo del IXV en forma del vehículo orbital comercializado Space Rider . [31] Tras las revisiones de diseño de 2018 y 2019, se lanzará una maqueta de tamaño real desde un globo en 2019 y realizará un primer vuelo a bordo de 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 por kg de carga útil para el lanzamiento, la operación y el regreso a la Tierra. [32] El mini transbordador Space Rider tendrá una longitud de entre 4 y 5 metros, una capacidad de carga útil de 800 kg, [33] una masa total de 2.400 kg y una autonomía de misiones de 2 a 6 meses en una órbita de 400 km antes de regresar a la Tierra y ser revolcado en 4 meses. El dispensador de carga útil de la cuarta etapa del cohete Vega-C, AVUM, actúa como módulo de servicio para el transbordador, proporcionando maniobras orbitales y frenado, energía y comunicaciones antes de ser desechado para el reingreso. [34] El módulo de servicio AVUM reemplaza al módulo de propulsión IXV integrado y libera 0,8 m 3 de espacio interno en el vehículo para una bahía de carga útil. El Space Rider es similar en funcionamiento al X-37B estadounidense , pero la mitad de la longitud del X37 y una quinta parte de la masa y la capacidad de carga útil del X37, lo que lo convertirá en el avión espacial más pequeño y ligero que jamás haya volado. Las puertas de 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 principales Thales Alenia Space y Avio para la entrega del modelo de vuelo de Space Rider. El primer vuelo está programado para finales de 2025. [35]
Datos de la ESA, [15] Space.com, [23] Gunter's Space Page [36]
Características generales
Actuación
El Vehículo Experimental Intermedio (IXV), en el marco del
Programa Preparatorio de Futuros Lanzadores
(FLPP) de la ESA, supone un paso adelante desde el exitoso vuelo
del Demostrador de Reentrada Atmosférica
de 1998, y establece el papel de Europa en este campo.
Navegará a través de la atmósfera dentro de su corredor de reentrada antes de descender, ralentizado 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 regreso 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 el trabajo preliminar de IXV durante 18 meses, dijo Fabrizi.
Ayer, la nave y la tripulación que tienen como objetivo recuperar la nave espacial no tripulada europea IXV en noviembre realizaron un ensayo en la costa de Toscana, Italia.
El momento en el que el vehículo experimental intermedio IXV de la ESA es extraído de su contenedor protector, en el interior de la sala limpia del Centro Técnico de la Agencia.
En 2013, un cohete Vega llevará al espacio el vehículo experimental intermedio de la ESA.
El lanzamiento, que utilizará el nuevo lanzador ligero europeo Vega, está previsto para octubre de 2014.
El lanzamiento del vehículo experimental intermedio IXV de la ESA a bordo del nuevo cohete europeo Vega se encuentra en la fase de planificación detallada, lo que supone un paso importante hacia el vuelo de la nave en 2014.
Realizará la fase hipersónica experimental sobre el océano Pacífico, descenderá en paracaídas y aterrizará en el océano a la espera de su recuperación y análisis.
