Vulcan Centaur es un vehículo de lanzamiento de carga pesada , prescindible , de dos etapas a órbita, creado y operado por United Launch Alliance (ULA). Está diseñado principalmente para el programa de Lanzamiento Espacial de Seguridad Nacional (NSSL) de la Fuerza Espacial de los Estados Unidos , que lanza satélites para el Departamento de Defensa y las agencias de inteligencia de los Estados Unidos. Reemplazará los cohetes pesados Atlas V y Delta IV Heavy existentes de ULA . Vulcan Centaur también se utilizará para lanzamientos comerciales, incluido un pedido de 38 lanzamientos de Kuiper Systems .
El desarrollo del cohete Vulcan comenzó en 2014, en gran medida en respuesta a la creciente competencia de SpaceX y al requisito de eliminar gradualmente el motor ruso RD-180 utilizado en el Atlas V, con un vuelo inaugural programado para 2019. [2] Después de múltiples retrasos durante Cinco años, que incluyeron problemas con el desarrollo del motor BE-4 y la nueva etapa superior Centaur, [12] Vulcan Centaur se lanzó por primera vez el 8 de enero de 2024. El vuelo inaugural llevó el módulo de aterrizaje lunar Peregrine de Astrobotic Technology , el primer misión del programa Commercial Lunar Payload Services (CLPS) de la NASA. [13]
Vulcan es el primer nuevo diseño de vehículo de lanzamiento de ULA desde que se formó ULA en 2006 mediante la fusión de los negocios de vehículos de lanzamiento de Lockheed Martin y Boeing . Adapta y evoluciona tecnologías que se desarrollaron para los cohetes Atlas V y Delta IV del programa EELV de la USAF . Los tanques de propulsor de la primera etapa contienen propulsores de metano líquido y oxígeno líquido en lugar del hidrógeno líquido y el oxígeno líquido del Delta IV. [14]
La etapa superior de Vulcan es el Centaur V , una variante mejorada del Centaur III utilizado en Atlas V. [15] [16] Los planes anteriores exigían que el Centaur V se actualizara eventualmente con tecnología de fluidos integrados para vehículos para convertirse en la etapa evolucionada criogénica avanzada ( ACES), pero posteriormente fue cancelado. [17] En un momento, ULA planeó buscar la certificación de calificación humana para Vulcan para permitir el lanzamiento de naves tripuladas, como el Boeing CST-100 Starliner o una versión futura del avión espacial Sierra Nevada Dream Chaser . [3] [17] [18] [ necesita actualización ]
El propulsor Vulcan tiene un diámetro exterior de 5,4 m (18 pies) para soportar dos motores Blue Origin BE-4 y combustible de metano líquido. [19] En septiembre de 2018, después de una competencia con el Aerojet Rocketdyne AR1 , el BE-4 fue seleccionado para impulsar la primera etapa de Vulcan. [20]
Se pueden conectar hasta seis propulsores de cohetes sólidos (SRB) GEM-63XL a la primera etapa en pares, proporcionando empuje adicional durante la primera parte del vuelo y permitiendo que el Vulcan Centaur de seis SRB lance una carga útil de mayor masa que la mayoría. Atlas V capaz volado anteriormente por la compañía, el Atlas V 551. [8] [21] [22] [23]
El Vulcan Centaur tiene una designación de cuatro caracteres para cada configuración, en la que el primer carácter representa la primera etapa del vehículo; Vulcano se designa con la letra "V". El segundo personaje muestra el escenario superior; Centauro se designa como "C". El tercer carácter representa el número de SRB conectados al Vulcan; "0", "2", "4" o "6". El carácter final representa la configuración de longitud del carenado de carga útil, que se indica mediante "S" (estándar; 15,5 m (51 pies)) o "L" (largo; 21,3 m (70 pies)). [24] Por ejemplo, "VC6L" representaría una primera etapa Vulcan, una etapa superior Centaur, seis SRB y un carenado de configuración larga. [24] El Vulcan Centaur más potente tendrá una primera etapa Vulcan, una etapa superior Centaur con motores RL10CX con una extensión de boquilla y seis SRB. [25]
La capacidad de carga útil de Vulcan Centaur es la siguiente: [26] [25]
La carga útil de la ISS es para una órbita circular de 407 km (253 millas) con una inclinación de 51,6°; la carga útil a SSO es para una órbita circular de 555 km (345 millas) con una inclinación de 98,75°; la carga útil a MEO es para una órbita circular de 20.368 km (12.656 millas) con una inclinación de 55°; la carga útil a GEO es para una órbita circular de 36.101 km (22.432 millas) con una inclinación de 0°; la carga útil para GTO es para una órbita delta-V de 1800 m/s con perigeo de 185 km (115 millas) y apogeo de 35,786 km (22,236 millas) con una inclinación de 27°; La carga útil a Molniya es para una órbita de perigeo de 1.203 km (748 millas) y una órbita de apogeo de 39.170 km (24.340 millas) con una inclinación de 63,4 °.
Estas capacidades están impulsadas por la necesidad de cumplir con los requisitos de NSSL, con espacio para el crecimiento futuro. [5] [27]
Un Vulcan Centaur con seis propulsores de cohetes sólidos puede poner 27.200 kilogramos en órbita terrestre baja, casi tanto como el Delta IV Heavy de tres núcleos. [28]
ULA había considerado una serie de conceptos de vehículos de lanzamiento en la década desde que se formó la empresa en 2006. Se propusieron varios conceptos para vehículos derivados basados en las líneas Atlas [29] y Delta [30] de vehículos de lanzamiento que heredaron de sus empresas predecesoras. aunque finalmente no se construyó ninguno. [ cita necesaria ]
A principios de 2014, consideraciones geopolíticas y políticas estadounidenses llevaron a la ULA a considerar la posible sustitución del motor RD-180 suministrado por Rusia y utilizado en el propulsor de primera etapa del Atlas V. Acontecimientos como la anexión de Crimea por parte de la Federación de Rusia en febrero de 2014 pusieron de relieve que depender de hardware extranjero para lanzar naves espaciales críticas para la seguridad nacional podría ser indeseable. La ULA emitió contratos de estudio formales en junio de 2014 a varios proveedores de motores de cohetes estadounidenses. [31] ULA también se enfrentaba a la competencia de SpaceX, que entonces se consideraba que afectaba su principal mercado de seguridad nacional de lanzamientos militares estadounidenses, y en julio de 2014, el Congreso estaba debatiendo si prohibiría legislativamente el uso futuro del motor RD-180. [32] [33]
En septiembre de 2014, ULA anunció que se había asociado con Blue Origin para desarrollar el motor de oxígeno líquido ( LOX ) y metano líquido (CH4 ) BE- 4 para reemplazar el RD-180 en un nuevo propulsor de primera etapa . El motor ya estaba en su tercer año de desarrollo por parte de Blue Origin, y ULA dijo que esperaba que la nueva etapa y el motor comenzaran a volar tan pronto como 2019. [34] Dos de los BE-4 de 2.400 kilonewton (550.000 lbf ) de empuje Los motores se utilizarían en un nuevo propulsor de vehículo de lanzamiento. [31] [35] [34] Un mes después, ULA reestructuró los procesos de la empresa y su fuerza laboral con el objetivo de reducir costos. La compañía declaró que el sucesor del Atlas V combinaría el Atlas V y el Delta IV existentes con el objetivo de reducir a la mitad el coste del cohete Atlas V. [36]
En 2015, ULA anunció el cohete Vulcan y propuso reemplazar gradualmente los vehículos existentes con él. [14] 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, y se esperaba inicialmente que utilizara 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. [14] ULA también reveló un concepto de diseño para la reutilización de los motores propulsores Vulcan, la estructura de empuje y la aviónica de la primera etapa, que podría separarse como un módulo de los tanques de propulsor después de que se apague el motor propulsor ; el módulo volvería a entrar en la atmósfera detrás de un escudo térmico inflable. [37]
Durante los primeros años, la junta directiva de la ULA asumió compromisos de financiación trimestrales para el desarrollo de Vulcan Centaur. [38] En octubre de 2018 [actualizar], el gobierno de EE. UU. había comprometido aproximadamente 1.200 millones de dólares en una asociación público-privada para el desarrollo de Vulcan Centaur, con financiación futura pendiente de un contrato de Lanzamiento Espacial de Seguridad Nacional con ULA. [39]
En marzo de 2016, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) había comprometido hasta 202 millones de dólares de financiación para el desarrollo de Vulcan. La ULA aún no había estimado el coste total de desarrollo, pero el director general, Tory Bruno, señaló que "los nuevos cohetes suelen costar 2.000 millones de dólares, incluidos 1.000 millones de dólares para el motor principal". [38] En marzo de 2018, Bruno dijo que el Vulcan-Centaur había sido "75% financiado de forma privada" hasta ese momento. [ cuantificar ] [40] En octubre de 2018, tras una solicitud de propuestas y evaluación técnica, ULA recibió 967 millones de dólares para desarrollar un prototipo de sistema de lanzamiento Vulcan como parte del programa de lanzamiento espacial de seguridad nacional . [39]
En septiembre de 2015, se anunció que la producción de motores de cohetes BE-4 se ampliaría para aumentar la capacidad de producción para pruebas. [41] En enero siguiente, ULA estaba diseñando dos versiones de la primera etapa de Vulcan; la versión BE-4 tiene un diámetro de 5,4 m (18 pies) para soportar el uso del combustible metano menos denso. [19] A finales de 2017, la etapa superior se cambió por la más grande y pesada Centaur V, y el vehículo de lanzamiento pasó a llamarse Vulcan Centaur. [40] En mayo de 2018, ULA anunció la selección del motor RL10 de Aerojet Rocketdyne para la etapa superior del Vulcan Centaur. [42] Ese septiembre, ULA anunció la selección del motor Blue Origin BE-4 para la primera etapa de Vulcan. [43] [44] 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. [45] [46] [47]
En agosto de 2019, las piezas de la plataforma de lanzamiento móvil (MLP) de Vulcan fueron transportadas [48] al Centro de Operaciones de Procesamiento de Vuelos Espaciales (SPOC) cerca de SLC-40 y SLC-41 , Cabo Cañaveral , Florida . El MLP se fabricó en ocho secciones y se mueve a 4,8 km/h (3 mph) sobre bogies de ferrocarril, con una altura de 56 m (183 pies). [49] En febrero de 2021, ULA envió el primer propulsor central de Vulcan completo a Florida para realizar pruebas de Pathfinder antes del lanzamiento debut de Vulcan. [50] Las pruebas continuaron con el propulsor Pathfinder durante todo ese año. [51] [52]
En 2019, el primer vuelo de Vulcan Centaur se anunció como el lanzamiento del módulo de aterrizaje lunar Peregrine de Astrobotic Technology . [53] ULA declaró una fecha de lanzamiento prevista a principios de 2021. [54] [35] Para diciembre de 2020, el lanzamiento se había retrasado hasta 2022 debido a los impactos en el cronograma de la entrega tardía del motor principal BE-4 debido a problemas técnicos. [55] [56] En junio de 2021, Astrobotic informó que Peregrine no estaría listo a tiempo debido a la pandemia de COVID-19 , retrasando la misión y el primer lanzamiento de Vulcan Centaur; Otros retrasos de Peregrine sitúan el lanzamiento de Vulcan en 2023. [57] [58] [59] En marzo de 2023, una etapa de prueba de Centaur V falló durante una secuencia de prueba. Para solucionar el problema, ULA realizó un cambio de diseño en la estructura del escenario, lo que requirió la construcción de un nuevo Centaur para el vuelo inaugural de Vulcan Centaur. [60] En octubre de 2023, ULA anunció que apuntarían al primer lanzamiento de Vulcan Centaur a finales de diciembre de 2023. [61]
El 19 de agosto de 2019, se anunció que Astrobotic Technology seleccionó a ULA para lanzar su módulo de aterrizaje Peregrine en el primer vuelo de certificación de Vulcan, denominado Certificación-1 , luego programado para 2021. [62] [63] Vulcan despegó por primera vez el 8 de enero 2024, entregando con éxito el módulo de aterrizaje Peregrine en una trayectoria hacia la Luna. Usó la configuración VC2S, con dos propulsores de cohetes sólidos y un carenado de longitud estándar. Después de la separación de la carga útil tras una inyección translunar de 4 minutos de duración , la etapa superior Centaur fue enviada a una órbita heliocéntrica después de dispararse por tercera vez 1 hora y 18 minutos después de vuelo para probar cómo se comportaría en misiones de duración prolongada. , como los necesarios para enviar cargas útiles directamente a la órbita geoestacionaria . [13] [64] Si bien el módulo de aterrizaje Peregrine tuvo una falla en su sistema de propulsión poco después de la separación que le impidió aterrizar en la Luna, Astrobotic señaló que el cohete Vulcan Centaur funcionó sin problemas y no había evidencia de que la falla en la nave espacial fue causado por el lanzamiento. [sesenta y cinco]
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. [66] El lanzamiento del SNC Demo-1 estaba programado para abril de 2024 no antes. [67]
Después de la segunda misión de certificación de Vulcan Centaur, el cohete estará calificado para su uso en misiones militares de Estados Unidos. [68] En agosto de 2020 [actualizar], se planeó que Vulcan lanzara la participación del 60% de las cargas útiles de lanzamiento espacial de seguridad nacional otorgadas por ULA de 2022 a 2027, [69] pero se produjeron retrasos. El lanzamiento del USSF-51 de la Fuerza Espacial a finales de 2022 estaba destinado a ser 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". ". [70] Por razones similares, el prototipo de vuelo de Kuiper Systems se trasladó a un cohete Atlas V. [71]
Despues de su primer lanzamiento en enero de 2024, Vulcan encontro retrasos en la carga util en la forma de preparacion de Dream Chaser . Esto llevó a la posibilidad de que se lanzara un simulador masivo antes del lanzamiento del Dream Chaser para que Vulcan completara la certificación exigida por su contrato con la Fuerza Aérea. [72] Bloomberg News informó en mayo de 2024 que United Launch Alliance estaba acumulando sanciones financieras debido a retrasos en los contratos de lanzamiento militar. [73]
Desde el anuncio formal en 2015, ULA ha hablado de varias tecnologías que ampliarían 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 aumentar la duración de su misión a largo plazo para operar durante meses en la órbita terrestre del espacio cislunar . [74]
La etapa superior del ACES, alimentada con oxígeno líquido (LOX) e hidrógeno líquido (LH 2 ) y propulsada por hasta cuatro motores de cohete cuyo tipo de motor aún no se ha seleccionado, era una actualización conceptual de la etapa superior de Vulcan en el momento del anuncio. en 2015. Esta etapa podría actualizarse posteriormente para incluir la tecnología de fluidos integrados para vehículos que permitiría a la etapa superior una vida en órbita mucho más larga, de semanas en lugar de horas. La etapa superior de ACES finalmente se canceló [14] [75] cuando en septiembre de 2020, ULA hizo público que el desarrollo de ACES no continuaría y que la segunda etapa de Vulcan ahora sería la etapa superior de Centaur V. [17] [74] El Centaur V se basa en la etapa superior Dual Engine Centaur utilizada por el Atlas V N22, pero más grande y potente. Un alto ejecutivo de ULA dijo que el diseño del Centaur V también estuvo fuertemente influenciado por ACES. [76] [28]
Sin embargo, ULA dijo en 2021 que está trabajando para agregar más valor a las etapas superiores al hacer que realicen tareas como operar como remolcadores espaciales. El director ejecutivo, Tory Bruno, dice que ULA está trabajando en etapas superiores con una resistencia cientos de veces mayor que las que se utilizan actualmente. [76]
Un método de reutilización del motor principal llamado Tecnología de Retorno Autónomo Modular Sensible (SMART) es una actualización propuesta para Vulcan Centaur. En el concepto, los motores propulsores, la aviónica y la estructura de empuje se separan como un módulo de los tanques de propulsor después de que se apaga el motor propulsor. 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 cae, utilizando el escudo térmico como balsa. [77] ULA estimó que esta tecnología podría reducir el costo de la propulsión de la primera etapa en un 90% y un 65% del costo total de la primera etapa. [37] [77] Aunque la reutilización SMART no se financió inicialmente para el desarrollo, [74] a partir de 2021, la mayor cadencia de lanzamiento requerida para lanzar la megaconstelación del Proyecto Kuiper brindó respaldo para el caso comercial del concepto. [78] Antes de 2022, ULA tenía la intención de capturar la sección del motor utilizando un helicóptero. [77]
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 rampantes durante meses después de que apareciera en las redes sociales una imagen de un modelo de esa versión. El director ejecutivo de ULA, Tory Bruno, tuiteó más tarde una imagen más clara del modelo y dijo que era objeto de estudio en curso. [79] [80] [ necesita actualización ]
"El trabajo de ACES tiene sus huellas en nuestra nueva versión de Centaur, el Centaur 5 que estamos implementando con Vulcan. Esos estudios de hace cinco u ocho años ciertamente nos sirvieron bien y nos colocaron en un buen camino hacia adelante para la evolución de nuestro etapas superiores. Continuaremos evolucionando nuestra etapa superior para satisfacer las necesidades del mercado en el futuro".
El cohete de metano tiene una densidad más baja, por lo que tenemos un diseño de 5,4 metros de diámetro exterior, mientras que volvemos al tamaño Atlas V para la versión AR1 de queroseno.
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...un motor de cohete producido en EE. UU. que se está desarrollando para el vehículo de lanzamiento Vulcan de ULA está experimentando desafíos técnicos relacionados con las capacidades de encendedor y propulsor requeridas y es posible que no esté calificado a tiempo para respaldar los primeros lanzamientos a partir de 2021.
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