Launch vehicle capable of lifting more than 50 tonnes of payload into low earth orbit
Un vehículo de lanzamiento de carga superpesada es un cohete que puede elevar a la órbita baja de la Tierra una "carga útil superpesada", que se define como más de 50 toneladas métricas (110 000 lb) [1] [2] por los Estados Unidos y como más de 100 toneladas métricas (220 000 lb) por Rusia. [3] Es la clasificación de vehículo de lanzamiento más capaz por masa a la órbita, superando la de la clasificación de vehículo de lanzamiento de carga pesada .
Solo 14 de estas cargas útiles se lanzaron con éxito antes de 2022: 12 como parte del programa Apolo antes de 1972 y dos lanzamientos de Energia , en 1987 y 1988. La mayoría de las misiones lunares e interplanetarias tripuladas planificadas dependen de estos vehículos de lanzamiento.
Saturno V fue un vehículo de lanzamiento de la NASA que realizó 13 lanzamientos orbitales entre 1967 y 1973, principalmente para el programa Apolo hasta 1972. La carga útil lunar del Apolo incluía un módulo de mando , un módulo de servicio y un módulo lunar , con una masa total de 45 t (99 000 lb). [5] [6] Cuando se incluyó la tercera etapa y el combustible de salida de la órbita terrestre, Saturno V colocó aproximadamente 140 t (310 000 lb) en órbita terrestre baja. [7] El lanzamiento final de Saturno V en 1973 colocó Skylab , una carga útil de 77 toneladas (170 000 lb), en LEO.
El lanzador Energia fue diseñado por la Unión Soviética para lanzar hasta 105 t (231 000 lb) a la órbita baja de la Tierra. [8] Energia se lanzó dos veces en 1987/88 antes de que el programa fuera cancelado por el gobierno ruso , que sucedió a la Unión Soviética, pero solo la carga útil del segundo vuelo alcanzó la órbita. En el primer vuelo, lanzando la plataforma de armas Polyus (aproximadamente 80 t (180 000 lb)), el vehículo no pudo entrar en órbita debido a un error de software en la etapa de arranque. [8] El segundo vuelo lanzó con éxito el orbitador Buran . [9] Buran estaba destinado a ser reutilizable, similar al transbordador espacial Orbiter , pero dependía completamente del lanzador desechable Energia para alcanzar la órbita.
Operacional
Falcon Heavy está clasificado para lanzar 63,8 t (141.000 lb) a la órbita terrestre baja (LEO) en una configuración totalmente prescindible y un estimado de 57 t (126.000 lb) en una configuración parcialmente reutilizable , en la que solo se recuperan dos de sus tres impulsores. [10] [11] [a] La última configuración voló el 1 de noviembre de 2022, [13] pero con una carga útil mucho más pequeña de ~3.700 kg (8.200 lb) que se lanzó a la órbita geoestacionaria con un máximo de ~9.200 kg (20.300 lb) de carga útil que se lanzó a la órbita geoestacionaria el 29 de julio de 2023 en el séptimo vuelo general del cohete. La configuración totalmente prescindible voló por primera vez el 1 de mayo de 2023, pero con una carga útil mucho más pequeña de ~6.722 kg (14.819 lb) que se lanzó a la órbita geoestacionaria . El primer vuelo de prueba se produjo el 6 de febrero de 2018, en una configuración en la que se intentó la recuperación de los tres propulsores, con el Tesla Roadster de Elon Musk de 1.250 kg (2.760 lb) enviado a una órbita más allá de Marte . [14] [15] [16]
El sistema Starship de SpaceX es un vehículo de lanzamiento totalmente reutilizable de dos etapas en órbita desarrollado de forma privada por SpaceX , que consta del propulsor Super Heavy como primera etapa y una segunda etapa, también llamada Starship . [22] [23] Está diseñado para ser una nave espacial de transporte de carga y pasajeros de larga duración . [24] Después de dos pruebas de vuelo fallidas, [25] [26] Starship completó su primer lanzamiento exitoso en su tercer vuelo el 14 de marzo de 2024, [27] y logró un aterrizaje suave de ambas etapas en su cuarto vuelo. [28]
El Long March 9 es un vehículo de lanzamiento chino de tres etapas que se puede poner en órbita y es parcialmente reutilizable y que actualmente está siendo desarrollado por la Academia China de Tecnología de Vehículos de Lanzamiento. El diseño ha sufrido numerosos cambios importantes a lo largo de los años y los diseños más recientes muestran cierta similitud con el Starship de SpaceX. Se prevé que el Long March 9 esté operativo a principios de la década de 2030. [29]
El Long March 10 es un vehículo de lanzamiento chino de tres etapas en órbita, parcialmente reutilizable, que actualmente está siendo desarrollado por la Academia China de Tecnología de Vehículos de Lanzamiento y cuyo lanzamiento inicial está previsto para el período 2025-2027.
Volado sin éxito
El N1 fue un vehículo de lanzamiento de carga superpesada de tres etapas desarrollado en la Unión Soviética entre 1965 y 1974. Fue el homólogo soviético del Saturno V , sin embargo, los cuatro vuelos de prueba del vehículo terminaron en un fracaso de vuelo. Para las misiones lunares, llevaría la carga lunar tripulada L3 a la órbita terrestre baja, que tenía dos etapas adicionales, una Soyuz 7K-LOK como nave nodriza y un módulo de aterrizaje lunar LK que se usaría para aterrizajes lunares tripulados. Su primera etapa del bloque A mantuvo el récord de mayor empuje de cualquier etapa de cohete construida hasta que fue reemplazada por el propulsor Super Heavy en su primer vuelo.
Comparación
^A Incluye la masa de los módulos de comando y servicio Apolo, el módulo lunar Apolo, el adaptador de nave espacial/LM , la unidad de instrumentos Saturno V , la etapa S-IVB y el propulsor para la inyección translunar ; la masa de la carga útil a LEO es de aproximadamente 122,4 t (270 000 lb) [42] ^B Etapa superior o carga útil requerida para realizar la inserción orbital final ^C Núcleos de refuerzo laterales recuperables, núcleo central gastado intencionalmente. La primera reutilización de los refuerzos laterales se demostró en 2019 cuando los utilizados en el lanzamiento de Arabsat-6A se reutilizaron en el lanzamiento de STP-2. ^D Incluye la masa de la nave espacial Orión , el módulo de servicio europeo , la etapa de propulsión criogénica provisional y el propulsor para la inyección translunar ^E No incluye la masa seca de la nave espacial ^F Falcon Heavy se ha lanzado 11 veces desde 2018, pero las primeras tres veces no calificó como "superpesado" porque se intentó la recuperación del núcleo central. ^G El Apolo 6 fue un "fallo parcial": alcanzó la órbita, pero tuvo problemas con la segunda y tercera etapas. ^I Estimación de terceros. ^J El cohete fue recuperado en la prueba de vuelo 5 de Starship , pero no será reutilizado.
Diseños propuestos
Propuestas chinas
El Long March 10 se propuso por primera vez en 2018 como un concepto para el Programa de Exploración Lunar chino . [ 43] El Long March 9 , un cohete capaz de alcanzar la órbita baja terrestre de más de 150 t (330 000 lb), fue propuesto en 2018 [44] por China , con planes de lanzarlo en 2028. La longitud del Long March-9 superará los 114 metros y el cohete tendría una etapa central con un diámetro de 10 metros. Se espera que el Long March 9 lleve una carga útil de más de 150 toneladas a la órbita baja terrestre, con una capacidad de más de 50 toneladas para la órbita de transferencia Tierra-Luna. [45] [46] El desarrollo fue aprobado en 2021. [47]
Propuestas rusas
Yenisei , [48] un vehículo de lanzamiento de carga superpesada que utiliza componentes existentes en lugar de impulsar el proyecto menos potente Angara A5 V, fue propuesto por RSC Energia de Rusia en agosto de 2016. [49]
En 2016 se propuso la reactivación del cohete Energia, también para evitar impulsar el proyecto Angara. [50] Si se desarrolla, este vehículo podría permitir a Rusia lanzar misiones para establecer una base lunar permanente con una logística más simple, lanzando solo uno o dos cohetes superpesados de 80 a 160 toneladas en lugar de cuatro Angara A5V de 40 toneladas, lo que implica lanzamientos de secuencia rápida y múltiples encuentros en órbita. En febrero de 2018, el diseño del КРК СТК (complejo de cohetes espaciales de la clase superpesada) se actualizó para elevar al menos 90 toneladas a LEO y 20 toneladas a la órbita polar lunar, y ser lanzado desde el Cosmódromo Vostochny . [51] El primer vuelo está programado para 2028, y los aterrizajes en la Luna comenzarán en 2030. [52] Parece que esta propuesta ha sido al menos suspendida. [53]
Propuestas de EE.UU.
Blue Origin tiene planes para un proyecto posterior a su cohete New Glenn , denominado New Armstrong , que algunos medios de comunicación han especulado que será un vehículo de lanzamiento más grande. [54]
Se han propuesto numerosos vehículos de elevación superpesados que han recibido diversos niveles de desarrollo antes de su cancelación.
Como parte del proyecto lunar tripulado soviético para competir con el Apolo/Saturno V, el cohete N1 fue diseñado en secreto con una capacidad de carga útil de 95 t (209.000 lb). Se lanzaron cuatro vehículos de prueba entre 1969 y 1972, pero todos fallaron poco después del despegue. [55] El programa se suspendió en mayo de 1974 y se canceló formalmente en marzo de 1976. [56] [57] El concepto de diseño del cohete soviético UR-700 compitió contra el N1, pero nunca se desarrolló. En el concepto, debía tener una capacidad de carga útil de hasta 151 t (333.000 lb) [58] en órbita terrestre baja.
Durante el proyecto Aelita (1969-1972), los soviéticos estaban desarrollando una forma de llegar a Marte antes que los estadounidenses. Diseñaron el UR-700 A, una variante de propulsión nuclear del UR-700, y el UR-700M, una variante de LOx/queroseno para ensamblar la nave espacial MK-700 de 1.400 t (3.100.000 lb) en órbita terrestre en dos lanzamientos. El UR-700M tendría una capacidad de carga útil de 750 t (1.650.000 lb). [59] El único cohete universal que pasó la fase de diseño fue el UR-500, mientras que el N1 fue seleccionado para ser el HLV soviético para misiones lunares y marcianas. [60]
El UR-900 , propuesto en 1969, habría tenido una capacidad de carga útil de 240 t (530.000 lb) en órbita terrestre baja. Nunca salió de la mesa de diseño. [61]
El Nexus de General Dynamics fue propuesto en la década de 1960 como un sucesor totalmente reutilizable del cohete Saturno V, con capacidad para transportar hasta 450–910 t (990.000–2.000.000 lb) a la órbita. [62] [63]
La familia de cohetes estadounidenses Saturn MLV fue propuesta en 1965 por la NASA como sucesora del cohete Saturno V. [64] Habría sido capaz de transportar hasta 160.880 kg (354.680 lb) a la órbita baja de la Tierra. Los diseños de Nova también fueron estudiados por la NASA antes de que la agencia eligiera el Saturno V a principios de la década de 1960. [65] Nova fue cancelado en 1964 y tuvo variantes reutilizables. [66]
Según las recomendaciones del informe de síntesis de Stafford, el First Lunar Outpost (FLO) se habría basado en un enorme vehículo de lanzamiento derivado de Saturno conocido como Comet HLLV . El Comet habría sido capaz de inyectar 230,8 t (508.800 lb) en la órbita baja terrestre y 88,5 t (195.200 lb) en un TLI, lo que lo convierte en uno de los vehículos más capaces jamás diseñados. [67] El FLO se canceló durante el proceso de diseño junto con el resto de la Iniciativa de Exploración Espacial . [ cita requerida ]
El Ares V de Estados Unidos para el programa Constellation tenía como objetivo reutilizar muchos elementos del programa del transbordador espacial , tanto en tierra como en vuelo, para ahorrar costos. El Ares V fue diseñado para transportar 188 t (414 000 lb) y fue cancelado en 2010. [68]
Una propuesta de diseño de 1962, Sea Dragon , exigía un enorme cohete de 150 m (490 pies) de altura, lanzado desde el mar, capaz de elevar 550 t (1 210 000 lb) hasta la órbita baja de la Tierra. Aunque la ingeniería preliminar del diseño estuvo a cargo de TRW , el proyecto nunca avanzó debido al cierre de la División de Proyectos Futuros de la NASA . [70] [71]
El Rus-M era una propuesta de familia rusa de lanzadores cuyo desarrollo comenzó en 2009. Habría tenido dos variantes superpesadas: una capaz de levantar entre 50 y 60 toneladas y otra capaz de levantar entre 130 y 150 toneladas. [72]
El sistema de transporte interplanetario de SpaceX fue un concepto de vehículo de lanzamiento de 12 m (39 pies) de diámetro presentado en 2016. La capacidad de carga útil sería de 550 t (1 210 000 lb) en una configuración descartable o 300 t (660 000 lb) en una configuración reutilizable. [73] En 2017, el cohete de 12 m evolucionó a un concepto de cohete Big Falcon de 9 m (30 pies) de diámetro , que se convirtió en el SpaceX Starship . [74]
^ Una configuración en la que se pretende que los tres núcleos sean recuperables se clasifica como un vehículo de lanzamiento de carga pesada, ya que su carga útil máxima posible en LEO es inferior a 50.000 kg. [12] [11]
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