Vulcan Centaur es un vehículo de lanzamiento de carga pesada creado y operado por United Launch Alliance (ULA). Es un vehículo de lanzamiento de dos etapas que consta de la primera etapa Vulcan y la segunda etapa Centaur . Reemplaza a los cohetes Atlas V y Delta IV de ULA . Está diseñado principalmente para el programa National Security Space Launch (NSSL), que lanza satélites para las agencias de inteligencia de los EE. UU. y el Departamento de Defensa , pero ULA cree que también podrá ofrecer misiones a precios lo suficientemente bajos como para atraer lanzamientos comerciales.
ULA comenzó a desarrollar el Vulcan en 2014, en gran parte para competir con el Falcon 9 de SpaceX y para cumplir con un requisito del Congreso de dejar de usar el motor RD-180 de fabricación rusa que impulsaba el Atlas V. El primer vuelo del Vulcan Centaur estaba inicialmente programado para 2019, pero se retrasó varias veces por problemas de desarrollo con su nuevo motor de primera etapa BE-4 y la segunda etapa Centaur. [13]
El Vulcan Centaur tuvo un primer lanzamiento casi perfecto el 8 de enero de 2024 con el módulo de aterrizaje lunar Peregrine , la primera misión del programa de Servicios de Carga Lunar Comercial de la NASA . Realizó su segundo lanzamiento, un vuelo de certificación NSSL, el 4 de octubre de 2024, que logró una inserción orbital perfecta, a pesar de que la boquilla de uno de los cohetes propulsores sólidos GEM-63XL se cayó, lo que provocó un empuje reducido y asimétrico.
El Vulcan Centaur utiliza tecnologías de los vehículos de lanzamiento Atlas V y Delta IV de ULA, además de equipos más modernos para lograr un mejor rendimiento y menores costos. La primera etapa del Vulcan es similar en tamaño al núcleo de refuerzo común de la familia Delta , lo que permite a ULA reutilizar el equipo de fabricación.
Utiliza dos motores BE-4 construidos por Blue Origin que queman oxígeno líquido y metano líquido (gas natural licuado). [14] [15] El metano se quema de forma más limpia que el queroseno utilizado en Atlas, lo que hace que el cohete sea más adecuado para su reutilización, ya que no se contaminará ni acabará obstruyéndose con los subproductos de la combustión del queroseno. En comparación con el hidrógeno líquido criogénico utilizado en Delta, el metano es más denso y tiene un punto de ebullición mucho más alto, lo que permite construir tanques de combustible más pequeños y ligeros. [16] [17]
La segunda etapa es el Centaur V , una versión más grande y mejorada del Centaur III utilizado en el Atlas V, que está propulsado por dos motores RL10 construidos por Aerojet Rocketdyne , alimentados por hidrógeno líquido y oxígeno líquido. [18] La primera etapa se puede complementar con hasta seis cohetes propulsores sólidos GEM 63XL construidos por Northrop Grumman . [8] [19]
El Vulcan Centaur ofrece capacidades de carga pesada en el espacio que ocupa un vehículo de lanzamiento de carga media . Con un solo núcleo y seis propulsores GEM, el Vulcan Centaur puede elevar 27.200 kilogramos (60.000 lb) a la órbita baja terrestre (LEO). [20] Eso es mucho más que los 18.850 kg (41.560 lb) que el Atlas V podría elevar a LEO con un solo núcleo y cinco propulsores GEM, [21] y casi tanto como el Delta IV Heavy de tres núcleos que podría elevar 28.790 kg (63.470 lb) a LEO. [22]
Vulcan ha sido diseñado para cumplir con los requisitos del programa de Lanzamiento Espacial de Seguridad Nacional y está diseñado para lograr la certificación de calificación humana para permitir el lanzamiento de un vehículo como el Boeing Starliner o el Sierra Nevada Dream Chaser . [3] [18] [23]
ULA decidió desarrollar el Vulcan Centaur en 2014 por dos razones principales. En primer lugar, sus clientes comerciales y civiles estaban acudiendo en masa al vehículo de lanzamiento reutilizable Falcon 9 de SpaceX , más económico, lo que hacía que ULA dependiera cada vez más de los contratos de las agencias militares y de espionaje de Estados Unidos. [24] [25] En segundo lugar, la anexión de Crimea por parte de Rusia en 2014 aumentó el malestar del Congreso con la dependencia del Pentágono del Atlas V, que utilizaba el motor RD-180 fabricado en Rusia . En 2016, el Congreso aprobaría una ley que prohibía a los militares adquirir servicios de lanzamiento basados en el motor RD-180 después de 2022. [26]
En septiembre de 2014, ULA anunció que había elegido el motor BE-4 de Blue Origin y que funcionaba con oxígeno líquido (LOX) y metano líquido (CH4 ) para reemplazar el RD-180 en un nuevo propulsor de primera etapa. El motor ya estaba en su tercer año de desarrollo, y ULA dijo que esperaba que la nueva etapa y el motor comenzaran a volar tan pronto como en 2019. [27] Dos de los motores BE-4 de 2400 kilonewton (550 000 lbf ) de empuje se utilizarían en un nuevo propulsor de vehículo de lanzamiento. [28] [29] [27]
Un mes después, ULA reestructuró los procesos de la empresa y su fuerza laboral para reducir los costos. La empresa dijo que el sucesor de Atlas V fusionaría los modelos Atlas V y Delta IV existentes con el objetivo de reducir a la mitad el costo del cohete Atlas V. [25]
En 2015, ULA anunció el cohete Vulcan y propuso reemplazar gradualmente los vehículos existentes con él. [30] Se esperaba que el despliegue de Vulcan comenzara con una nueva primera etapa que se basaba en el diámetro del fuselaje y el proceso de producción del Delta IV, e inicialmente se esperaba que usara dos motores BE-4 o el AR1 como alternativa. La segunda etapa iba a ser el Centaur III existente, ya utilizado en Atlas V. Se planeó introducir una actualización posterior, la Etapa Evolucionada Criogénica Avanzada (ACES), unos años después del primer vuelo de Vulcan. [30] ULA también reveló un concepto de diseño para la reutilización de los motores de refuerzo Vulcan, la estructura de empuje y la aviónica de la primera etapa, que podrían separarse como un módulo de los tanques de propulsión después del corte del motor de refuerzo ; el módulo volvería a ingresar a la atmósfera detrás de un escudo térmico inflable. [31]
Durante los primeros años, la junta directiva de la ULA asumió compromisos de financiación trimestrales para el desarrollo de Vulcan Centaur. [32] En octubre de 2018 [actualizar], el gobierno de los EE. UU. había comprometido alrededor de 1200 millones de dólares en una asociación público-privada para el desarrollo de Vulcan Centaur, con planes de destinar más una vez que la ULA concluyera un contrato de lanzamiento espacial de seguridad nacional . [33]
En marzo de 2016, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) había comprometido hasta 202 millones de dólares para el desarrollo de Vulcan. ULA aún no había estimado el costo total de desarrollo, pero el director ejecutivo Tory Bruno dijo que "los cohetes nuevos suelen costar 2.000 millones de dólares, incluidos 1.000 millones de dólares para el motor principal". [32] En marzo de 2018, Bruno dijo que el Vulcan-Centaur había sido "financiado en un 75 % con fondos privados" hasta ese momento. [34] En octubre de 2018, tras una solicitud de propuestas y una evaluación técnica, ULA recibió 967 millones de dólares para desarrollar un prototipo del sistema de lanzamiento Vulcan como parte del programa National Security Space Launch. [33]
En septiembre de 2015, se anunció que la producción del motor de cohete BE-4 se ampliaría para permitir más pruebas. [35] El siguiente enero, ULA estaba diseñando dos versiones de la primera etapa del Vulcan; la versión BE-4 tiene un diámetro de 5,4 m (18 pies) para soportar el uso del combustible de metano menos denso. [15] A fines de 2017, la etapa superior se cambió al Centaur V, más grande y pesado, y el vehículo de lanzamiento pasó a llamarse Vulcan Centaur. [34] En mayo de 2018, ULA anunció la selección del motor RL10 de Aerojet Rocketdyne para la etapa superior del Vulcan Centaur. [36] Ese septiembre, ULA anunció la selección del motor BE-4 de Blue Origin para la primera etapa del Vulcan. [37] [38] En octubre, la USAF publicó un acuerdo de servicio de lanzamiento NSSL con nuevos requisitos, retrasando el lanzamiento inicial de Vulcan hasta abril de 2021, después de un aplazamiento anterior hasta 2020. [39] [40]
En agosto de 2019, las partes de la plataforma de lanzamiento móvil (MLP) de Vulcan fueron transportadas [41] al Centro de Operaciones de Procesamiento de Vuelos Espaciales (SPOC) cerca de SLC-40 y SLC-41 , Cabo Cañaveral , Florida . La MLP se fabricó en ocho secciones y se mueve a 3 mph (4,8 km/h) sobre bogies ferroviarios, con una altura de 183 pies (56 m). [42] En febrero de 2021, ULA envió el primer núcleo de refuerzo Vulcan completo a Florida para realizar pruebas de exploración antes del lanzamiento debut de Vulcan. [43] Las pruebas continuaron durante ese año con el refuerzo de exploración. [44] [45]
En agosto de 2019, ULA dijo que Vulcan Centaur volaría por primera vez a principios de 2021, llevando el módulo de aterrizaje lunar Peregrine de Astrobotic Technology . [46] [47] [29] Para diciembre de 2020, el lanzamiento se había retrasado hasta 2022 debido a problemas técnicos con el motor principal BE-4. [48] [49] En junio de 2021, Astrobotic dijo que Peregrine no estaría listo a tiempo debido a la pandemia de COVID-19 , retrasando la misión y el primer lanzamiento de Vulcan Centaur; más retrasos de Peregrine pusieron el lanzamiento de Vulcan en 2023. [50] [51] [52] En marzo de 2023, una etapa de prueba Centaur V falló durante una secuencia de prueba. Para solucionar el problema, ULA cambió la estructura de la etapa y construyó un nuevo Centaur para el vuelo inaugural de Vulcan Centaur. [53] En octubre de 2023, ULA anunció que tenía como objetivo lanzar Vulcan Centaur a finales de año. [54]
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El 8 de enero de 2024, Vulcan despegó por primera vez. El vuelo utilizó la configuración VC2S, con dos cohetes propulsores sólidos y un carenado de longitud estándar. Una combustión de inyección translunar de 4 minutos seguida de la separación de la carga útil puso al módulo de aterrizaje Peregrine en una trayectoria hacia la Luna. Una hora y 18 minutos después del inicio del vuelo, la etapa superior Centaur se encendió por tercera vez, enviándolo a una órbita heliocéntrica para probar cómo se comportaría en misiones largas, como las requeridas para enviar cargas útiles a la órbita geoestacionaria . [55] [56]
Un fallo en el sistema de propulsión del Peregrine poco después de la separación impidió que aterrizara en la Luna; Astrobotic dijo que el cohete Vulcan Centaur funcionó sin problemas. [57]
El 14 de agosto de 2019, ULA ganó una competencia comercial cuando se anunció que el segundo vuelo de certificación de Vulcan se llamaría SNC Demo-1, el primero de siete vuelos Dream Chaser CRS-2 bajo el programa de Servicios de Reabastecimiento Comercial de la NASA . Utilizarán la configuración VC4 de cuatro SRB. [58] El lanzamiento del SNC Demo-1 estaba programado no antes de abril de 2024. [59]
Después de la segunda misión de certificación de Vulcan Centaur, el cohete estará calificado para su uso en misiones militares estadounidenses. [60] A partir de agosto de 2020 [actualizar], Vulcan debía lanzar la parte del 60% de las cargas útiles de Lanzamiento Espacial de Seguridad Nacional otorgada a ULA de 2022 a 2027, [61] pero se produjeron retrasos. El lanzamiento del USSF-51 de la Fuerza Espacial a fines de 2022 fue la primera misión clasificada de seguridad nacional, pero en mayo de 2021 la nave espacial fue reasignada a un Atlas V para "mitigar el riesgo de programación asociado con la validación de diseño no recurrente de Vulcan Centaur". [62] Por razones similares, el vuelo del prototipo de Kuiper Systems se trasladó a un cohete Atlas V. [63]
Después del primer lanzamiento de Vulcan en enero de 2024, los retrasos en el desarrollo del Dream Chaser llevaron a ULA a contemplar la posibilidad de reemplazarlo con un simulador de masas para que Vulcan pudiera seguir adelante con la certificación requerida por su contrato con la Fuerza Aérea. [64] Bloomberg News informó en mayo de 2024 que United Launch Alliance estaba acumulando sanciones financieras debido a los retrasos en los contratos de lanzamiento militar. [65] El 10 de mayo, el subsecretario de la Fuerza Aérea, Frank Calvelli, escribió a los ejecutivos de Boeing y Lockheed. "Estoy cada vez más preocupado por la capacidad de ULA para escalar la fabricación de su cohete Vulcan y escalar su cadencia de lanzamiento para satisfacer nuestras necesidades", escribió Calvelli en la carta, de la cual el Washington Post obtuvo una copia . "Actualmente hay capacidad satelital militar en tierra debido a los retrasos de Vulcan". [66] En junio de 2024, Bruno anunció que Vulcan haría su segundo vuelo en septiembre con un simulador de masas con algunos "experimentos y demostraciones" para ayudar a desarrollar tecnología futura para la etapa superior del Centauro. [67]
El Vulcan Centaur despegó en el segundo de los dos vuelos necesarios para certificar el cohete para futuras misiones NSSL a las 11:25 UTC del 4 de octubre de 2024. Aproximadamente 37 segundos después del lanzamiento, la boquilla de uno de los propulsores de combustible sólido (SRB) se cayó, lo que provocó una lluvia de escombros en la columna de escape. Aunque el SRB continuó funcionando durante su combustión completa de 90 segundos, la anomalía provocó una reducción y asimetría del empuje. Esto hizo que el cohete se inclinara ligeramente antes de que el sistema de guía y los motores principales corrigieran con éxito y extendieran su combustión aproximadamente 20 segundos para compensar. A pesar de la anomalía, el cohete logró una inserción orbital perfecta. [68] [69] En un comunicado de prensa después del lanzamiento, la Fuerza Espacial calificó el vuelo de prueba como un "hito de certificación" y un logro significativo tanto para ULA como para la capacidad de elevación espacial estratégica de la nación. La Fuerza Espacial agregó que estaba revisando los datos de lanzamiento para determinar la idoneidad de Vulcan para futuras misiones de seguridad nacional. [68] Al 16 de octubre, [actualizar]la anomalía del SRB seguía dejando en la incertidumbre la certificación del Vulcan por parte de la Fuerza Espacial. [70]
ULA tiene designaciones de cuatro caracteres para las diversas configuraciones del Vulcan Centaur. Comienzan con VC para la primera etapa del Vulcan y la etapa superior del Centaur. El tercer carácter es el número de SRB acoplados al Vulcan (0, 2, 4 o 6) y el cuarto denota la longitud del carenado de carga útil: S para Standard (15,5 m (51 pies)) o L para Long (21,3 m (70 pies)). [71] Por ejemplo, "VC6L" representaría una primera etapa del Vulcan, una etapa superior del Centaur, seis SRB y un carenado de configuración larga. [71] El Vulcan Centaur más potente tendrá una primera etapa del Vulcan, una etapa superior del Centaur con motores RL10CX con una extensión de boquilla y seis SRB. [72]
La capacidad de carga útil de las versiones Vulcan Centaur es: [73] [72]
Estas capacidades reflejan los requisitos de NSSL, además de espacio para el crecimiento. [5] [74]
Un Vulcan Centaur con seis cohetes propulsores sólidos puede poner 27.200 kilogramos en la órbita terrestre baja, casi tanto como el Delta IV Heavy de tres núcleos. [18]
Desde 2015, ULA ha hablado de varias tecnologías que mejorarían las capacidades del vehículo de lanzamiento Vulcan. Estas incluyen mejoras en la primera etapa para hacer que los componentes más caros sean potencialmente reutilizables y mejoras en la segunda etapa para permitir que el cohete funcione durante meses en el espacio cislunar de la órbita terrestre . [80]
La etapa superior ACES, alimentada con oxígeno líquido (LOX) e hidrógeno líquido (LH 2 ) y propulsada por hasta cuatro motores de cohete con el tipo de motor aún por seleccionar, fue una actualización conceptual de la etapa superior de Vulcan en el momento del anuncio en 2015. Esta etapa podría actualizarse para incluir la tecnología de fluidos de vehículos integrados que permitiría que la etapa superior funcione en órbita durante semanas en lugar de horas. La etapa superior ACES se canceló en septiembre de 2020, [30] [81] y ULA dijo que la segunda etapa de Vulcan ahora sería la etapa superior Centaur V: una versión más grande y poderosa de la etapa superior Centaur de doble motor utilizada por el Atlas V N22. [18] [80] Un alto ejecutivo de ULA dijo que el diseño de Centaur V también estuvo muy influenciado por ACES. [18] [82]
Sin embargo, ULA dijo en 2021 que está trabajando para agregar más valor a las etapas superiores al permitirles realizar tareas como operar como remolcadores espaciales. El director ejecutivo Tory Bruno dice que ULA está trabajando en etapas superiores con cientos de veces la resistencia de las que se utilizan actualmente. [82]
Un método de reutilización del motor principal llamado Sensible Modular Autonomous Return Technology (SMART) es una actualización propuesta para Vulcan Centaur. En el concepto, los motores de refuerzo, la aviónica y la estructura de empuje se separan como un módulo de los tanques de propulsión después del corte del motor de refuerzo. Luego, el módulo del motor cae a través de la atmósfera protegido por un escudo térmico inflable . Después del despliegue del paracaídas, la sección del motor se precipita hacia abajo, utilizando el escudo térmico como balsa. [83] ULA estimó que esta tecnología podría reducir el costo de la propulsión de la primera etapa en un 90% y el 65% del costo total de la primera etapa. [31] [83] Aunque la reutilización SMART no fue financiada inicialmente para el desarrollo, [80] a partir de 2021 la mayor cadencia de lanzamiento requerida para lanzar la mega constelación del Proyecto Kuiper brindó apoyo al caso comercial del concepto. [84] Antes de 2022, ULA tenía la intención de atrapar la sección del motor utilizando un helicóptero. [83]
En septiembre de 2020, ULA anunció que estaban estudiando cuidadosamente una variante "Vulcan Heavy" con tres núcleos de refuerzo. Las especulaciones sobre una nueva variante habían sido desenfrenadas durante meses después de que una imagen de un modelo de esa versión apareciera en las redes sociales. El director ejecutivo de ULA, Tory Bruno, tuiteó más tarde una imagen más clara del modelo y dijo que era objeto de un estudio en curso. [18] [85] [ necesita actualización ]
El cohete de metano tiene una densidad menor, por lo que tenemos un diámetro exterior de diseño de 5,4 metros, mientras que retrocedemos al tamaño del Atlas V para la versión AR1 de queroseno.
Elegimos el GNL porque es muy eficiente, de bajo costo y ampliamente disponible. A diferencia del queroseno, el GNL se puede utilizar para autopresurizar su tanque. Esto, conocido como represurización autógena, elimina la necesidad de sistemas costosos y complejos que aprovechan las escasas reservas de helio de la Tierra. El GNL también posee características de combustión limpia incluso a bajo acelerador, lo que simplifica la reutilización del motor en comparación con los combustibles de queroseno.
"El trabajo de ACES ha dejado su huella en nuestra nueva versión de Centaur, el Centaur 5 que estamos desarrollando con Vulcan. Esos estudios de hace cinco u ocho años sin duda nos resultaron muy útiles y nos pusieron en el buen camino para la evolución de nuestras etapas superiores. Seguiremos evolucionando nuestra etapa superior para satisfacer las necesidades del mercado en el futuro".
...un motor de cohete producido en EE. UU. que se encuentra en desarrollo para el vehículo de lanzamiento Vulcan de ULA está experimentando desafíos técnicos relacionados con las capacidades de encendido y refuerzo requeridas y es posible que no esté calificado a tiempo para respaldar los primeros lanzamientos a partir de 2021.
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