SpaceX CRS-1 , también conocida como SpX-1 , [8] fue la primera misión de carga operativa de SpaceX a la Estación Espacial Internacional , bajo su contrato de Servicios de Reabastecimiento Comercial (CRS-1) con la NASA . Fue el tercer vuelo de la nave espacial de carga no tripulada Dragon , y el cuarto vuelo en general del vehículo de lanzamiento de dos etapas Falcon 9 de la compañía . El lanzamiento ocurrió el 8 de octubre de 2012 a las 00:34:07 UTC . [1] [2] [9] [10]
En mayo de 2012, se informó que el Falcon 9 había sido transportado a Cabo Cañaveral (CCAFS). [11] El Dragon CRS-1 llegó el 14 de agosto de 2012. [12] El 31 de agosto de 2012, se completó un ensayo general húmedo (WDR) para el Falcon 9, y el 29 de septiembre de 2012, se completó una prueba de fuego estático; ambas pruebas se completaron sin la cápsula Dragon unida a la pila del vehículo de lanzamiento. [13] [14] La misión pasó su Revisión de preparación para el lanzamiento (LRR) el 5 de octubre de 2012. [10]
El lanzamiento se produjo el 8 de octubre de 2012 a las 00:34:07 UTC y colocó con éxito la nave espacial Dragon en la órbita adecuada para llegar a la Estación Espacial Internacional con reabastecimiento de carga varios días después. Durante el lanzamiento, uno de los nueve motores sufrió una pérdida repentina de presión a los 79 segundos de vuelo, y se produjo un apagado temprano inmediato de ese motor; se pudieron ver restos en el video telescópico del lanzamiento nocturno. Los ocho motores restantes funcionaron durante un período de tiempo más largo y el software de control de vuelo ajustó la trayectoria para insertar a Dragon en una órbita casi perfecta . [15]
El plan de la misión, publicado por la NASA antes de la misión, preveía que el Falcon 9 alcanzara una velocidad supersónica a los 70 segundos después del despegue y pasara por el área de máxima presión aerodinámica, " max Q ", el punto en el que la tensión mecánica en el vehículo de lanzamiento alcanza su punto máximo debido a una combinación de la velocidad y la resistencia creadas por la atmósfera de la Tierra , 10 segundos después. El plan preveía que dos de los motores de la primera etapa se apagaran para reducir la aceleración del vehículo de lanzamiento aproximadamente a los 2 minutos y 30 segundos de vuelo, cuando el Falcon 9 estaría nominalmente a 90 km (56 mi) de altura y viajaría a 10 veces la velocidad del sonido. Se planeó que los motores restantes se apagaran poco después, un evento conocido como corte del motor principal (MECO). Cinco segundos después de MECO, la primera y la segunda etapa se separaron. Siete segundos después, se proyectaba que el único motor de vacío Merlin de la segunda etapa se encendería para comenzar una combustión de 6 minutos y 14 segundos para poner a Dragon en la órbita baja de la Tierra . Cuarenta segundos después de la ignición de la segunda etapa, se planeó que el cono protector de la nariz de Dragon, que cubre el mecanismo de atraque de Dragon, fuera arrojado. En la marca de 9 minutos y 14 segundos después del lanzamiento, se programó que el motor de la segunda etapa se apagara (SECO). Treinta y cinco segundos después, Dragon estaba planeado para separarse de la segunda etapa de Falcon 9 y alcanzar su órbita preliminar. El Dragon, según el plan, desplegaría entonces sus paneles solares y abriría la puerta de la bahía de control de guía y navegación (GNC) que contiene los sensores necesarios para el encuentro y el dispositivo de agarre de Dragon . [16]
El plan de la misión requería que la nave espacial Dragon realizara una combustión coelíptica que la colocaría en una órbita coelíptica circular . [16]
Mientras la Dragon perseguía a la Estación Espacial Internacional (ISS), la nave espacial estableció comunicaciones de ultraalta frecuencia (UHF) utilizando su Unidad de Comunicación de Ultraalta Frecuencia (CUCU) COTS. Además, utilizando el panel de mando de la tripulación (CCP) a bordo de la estación, la tripulación de la expedición monitoreó la aproximación. Esta capacidad de la tripulación para enviar comandos a la Dragon es importante durante las fases de encuentro y de partida de la misión. [16]
Durante la aproximación final a la estación, el Control de Misión de Houston y el equipo de SpaceX en Hawthorne realizaron una maniobra de aproximación/rechazo para permitir que la Dragon realizara otro encendido del motor que la llevó a 250 m (820 pies) de la estación. A esta distancia, la Dragon comenzó a utilizar sus sistemas de guía de corto alcance, compuestos por LIDAR y cámaras termográficas. Estos sistemas confirmaron que la posición y la velocidad de la Dragon son precisas al comparar la imagen LIDAR que recibe la Dragon con las cámaras termográficas de la Dragon. El equipo de control de vuelo de la Dragon en Hawthorne, con la ayuda del equipo de control de vuelo de la NASA en la Sala de Control de Vuelo de la Estación Espacial Internacional del Centro Espacial Johnson, ordenó a la nave espacial que se acercara a la estación desde su posición de espera. Después de que los equipos de Houston y Hawthorne realizaran otra maniobra de aproximación/rechazo, se permitió que la Dragon ingresara en la Esfera de Exclusión (KOS), una esfera imaginaria dibujada a 200 m (660 pies) alrededor de la estación que reduce el riesgo de colisión. La Dragon procedió a una posición a 30 m (98 pies) de la estación y se mantuvo automáticamente. Se completó otro control de avance/rechazo. Luego, la Dragon se dirigió a la posición de 10 m (33 pies), el punto de captura. Se realizó un último control de avance/rechazo y el equipo de Control de Misión de Houston notificó a la tripulación que estaban listos para la captura de la Dragon. [16]
En ese momento, el miembro de la tripulación de la Expedición 33, Akihiko Hoshide de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón, utilizó el brazo robótico de 17,6 m (58 pies) de la estación, conocido como Canadarm2 , y alcanzó y agarró la nave espacial Dragon a las 10:56 UTC. [6] Hoshide, con la ayuda de la comandante de la Expedición 33 Sunita Williams de la NASA, guió a Dragon hacia el lado que mira hacia la Tierra del módulo Harmony de la estación . Williams y Hoshide intercambiaron lugares y Williams atracó suavemente a Dragon al mecanismo de atraque común de Harmony a las 13:03 UTC. [6] La apertura de la escotilla entre Dragon y el módulo Harmony, que originalmente no estaba programada para ocurrir hasta el 11 de octubre de 2012, se adelantó y ocurrió a las 17:40 UTC. [6]
Durante un período de dos semanas y media, la tripulación de la ISS descargó la carga útil de Dragon y la recargó con carga para su regreso a la Tierra. [16]
Después de completar su misión en el laboratorio orbital, el recién llegado ingeniero de vuelo de la Expedición 33, Kevin Ford, utilizó el brazo robótico Canadarm2 para separar a Dragon de Harmony, maniobrarlo hasta el punto de liberación de 15 m (49 pies) y liberar el vehículo. Luego, Dragon realizó una serie de tres encendidos para colocarlo en una trayectoria que lo alejara de la estación. Aproximadamente seis horas después de que Dragon partiera de la estación, realizó un encendido de desorbitación, que duró hasta 10 minutos. Dragon tarda unos 30 minutos en volver a ingresar a la atmósfera de la Tierra, lo que le permite amerizar en el Océano Pacífico, a unos 450 km (280 mi) de la costa del sur de California. El tronco de Dragon, que contiene sus paneles solares, fue luego desechado. [16]
El aterrizaje fue controlado por el encendido automático de sus propulsores Draco durante la reentrada atmosférica . En una secuencia de eventos cuidadosamente cronometrada, los paracaídas de frenado duales se despliegan a una altitud de 13.700 m (44.900 pies) para estabilizar y frenar la nave espacial. El despliegue completo de los paracaídas de frenado desencadena la liberación de los tres paracaídas principales, cada uno de 35 m (115 pies) de diámetro, a unos 3.000 m (9.800 pies). Mientras los paracaídas de frenado se desprenden de la nave espacial, los paracaídas principales ralentizan aún más el descenso de la nave espacial a aproximadamente 4,8 a 5,4 m/s (16 a 18 pies/s). Incluso si Dragon perdiera uno de sus paracaídas principales, los dos paracaídas restantes aún permitirían un aterrizaje seguro. Se espera que la cápsula Dragon aterrice en el Océano Pacífico , a unos 450 km (280 millas) de la costa del sur de California . SpaceX utiliza un barco de 30 m (98 pies) equipado con un bastidor en forma de A y una grúa articulada, un barco de tripulación de 27,3 m (90 pies) para operaciones de telemetría y dos botes inflables de casco rígido de 7,3 m (24 pies) para realizar operaciones de recuperación. A bordo hay aproximadamente una docena de ingenieros y técnicos de SpaceX, así como un equipo de buceo de cuatro personas. Una vez que la cápsula Dragon amerizó, el equipo de recuperación aseguró el vehículo y luego lo colocó en la cubierta para el viaje de regreso a la costa. [16]
Los técnicos de SpaceX abrieron la escotilla lateral del vehículo y recuperaron los artículos de importancia crítica. Los artículos de carga críticos se colocaron en una lancha rápida para el viaje de 450 km (280 mi) de regreso a California para su eventual regreso a la NASA, que luego se hizo cargo de la valiosa carga científica y se encargó del análisis de las muestras posterior al vuelo. [17] El resto de la carga se descargó una vez que la cápsula Dragon llegó a las instalaciones de prueba de SpaceX en McGregor, Texas . [18]
Cuando se lanzó, el CRS-1 Dragon estaba lleno con aproximadamente 905 kg (1995 lb) de carga, 400 kg (880 lb) sin embalaje. [16] Se incluyeron 118 kg (260 lb) de suministros para la tripulación, 117 kg (258 lb) de materiales críticos para apoyar los 166 experimentos a bordo de la estación y 66 nuevos experimentos, así como 105,2 kg (232 lb) de hardware para la estación, así como otros artículos diversos. [16]
La Dragon trajo de regreso 905 kg (1995 lb) de carga, 759 kg (1673 lb) sin embalaje. [16] Se incluyeron 74 kg (163 lb) de suministros para la tripulación, 393 kg (866 lb) de experimentos científicos y hardware para experimentos, 235 kg (518 lb) de hardware para la estación espacial, 33 kg (73 lb) de equipo de traje espacial y 25 kg (55 lb) de artículos varios. [16]
Durante algunos meses antes del lanzamiento, se planeó lanzar un prototipo de satélite Orbcomm-G2 de segunda generación de 150 kg (330 lb) como carga útil secundaria desde la segunda etapa del Falcon 9. [19] [20] Aunque la carga útil secundaria llegó a la órbita de inserción del Dragón, una anomalía del motor en uno de los nueve motores de la primera etapa del Falcon 9 durante el ascenso resultó en el apagado automático del motor y una combustión más prolongada de la primera etapa en los ocho motores restantes para completar la inserción orbital mientras que posteriormente se aumentaba el uso de propulsor durante la misión nominal.
El contratista principal de la carga útil, la NASA, exige una probabilidad estimada superior al 99% de que la etapa de cualquier carga útil secundaria en una inclinación orbital similar a la de la Estación Espacial Internacional alcance su altitud orbital objetivo por encima de la estación. Debido a la falla del motor, el Falcon 9 utilizó más combustible del previsto, lo que redujo la estimación de probabilidad de éxito a aproximadamente el 95%. Debido a esto, la segunda etapa no intentó una segunda combustión y Orbcomm-G2 quedó en una órbita inutilizable [21] [22] y se quemó en la atmósfera de la Tierra dentro de los 4 días posteriores al lanzamiento. [23] [24]
Tanto SpaceX como Orbcomm eran conscientes, antes de la misión, del alto riesgo de que el satélite de carga útil secundaria pudiera permanecer a la altitud más baja de la órbita de inserción del Dragon, y ese fue un riesgo que Orbcomm acordó asumir dado el costo dramáticamente menor del lanzamiento de una carga útil secundaria. [23]
Durante el ascenso, 79 segundos [28] después del lanzamiento, se produjo una anomalía en uno de los nueve motores de la primera etapa del Falcon 9. SpaceX ha enfatizado durante varios años que la primera etapa del Falcon 9 está diseñada para la capacidad de "motor apagado", con la capacidad de apagar uno o más motores defectuosos y aún así realizar un ascenso exitoso. [29] En el evento, la primera etapa del SpaceX CRS-1 apagó el motor n.° 1 y, como resultado, continuó la combustión de la primera etapa en los ocho motores restantes durante más tiempo de lo habitual con un empuje algo reducido para insertar la nave espacial Dragon en la órbita adecuada. [30] Aunque no fue intencionado, esta fue la primera demostración en vuelo del diseño de "motor apagado" del Falcon 9, [15] [31] y "proporciona una demostración clara de la capacidad de motor apagado". [32] [28]
En respuesta a la anomalía, la NASA y SpaceX formaron conjuntamente la Junta de Investigación Post-Vuelo CRS-1. [33] La información preliminar de la junta de revisión post-vuelo indica que la cúpula de combustible del motor n.º 1, sobre la boquilla, se rompió pero no explotó. El combustible en llamas que salió antes de que se apagara el motor causó la ruptura del carenado, como se ve en las grabaciones de video del vuelo. [34] Investigaciones posteriores reveladas en una audiencia del Congreso señalaron el problema como resultado de un defecto de material no detectado en la camisa de la cámara del motor, probablemente introducido durante la producción del motor. Durante el vuelo, los datos sugieren que este defecto de material finalmente se convirtió en una brecha en la cámara de combustión principal. Esta brecha liberó un chorro de gas caliente y combustible en la dirección de la línea de combustible principal, lo que provocó una fuga secundaria y, en última instancia, una rápida caída de la presión del motor. Como resultado, la computadora de vuelo ordenó el apagado del motor n.º 1 y el Falcon 9 continuó su camino para asegurar la entrada de Dragon en órbita para el posterior encuentro y atraque con la ISS. [35]
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Estación Espacial Internacional
. Es importante apreciar que Orbcomm entendió desde el principio que la maniobra de elevación de la órbita era tentativa. Aceptaron que existía un alto riesgo de que su satélite permaneciera en la órbita de inserción de Dragon. SpaceX no habría aceptado volar su satélite de otra manera, ya que esto no era parte de la misión principal y existía un riesgo material conocido de que no se elevara la altitud.
Este artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .proporciona una clara demostración de la capacidad de desconexión del motor
El problema de la primera etapa se relacionó con el motor 1, uno de los nueve
Merlin 1C
, después de que, según se sabe, se rompiera la cúpula de combustible sobre la boquilla. El motor no explotó, pero provocó que el carenado que protege al motor de las cargas aerodinámicas se rompiera y se desprendiera del vehículo debido a la liberación de presión del motor.
