Un cohete de dos etapas ( TSTO ) es un vehículo de lanzamiento en el que dos etapas distintas proporcionan propulsión consecutivamente para alcanzar la velocidad orbital. Es un vehículo intermedio entre un lanzador de tres etapas y un hipotético lanzador de una sola etapa .
En el despegue, la primera etapa es la encargada de acelerar el vehículo. En algún momento, la segunda etapa se desprende de la primera y continúa orbitando por sus propios medios.
Una ventaja de este sistema con respecto al de una sola etapa es que la mayor parte de la masa seca del vehículo no se lleva a la órbita, lo que reduce el coste que supone alcanzar la velocidad orbital, ya que se expulsa gran parte de la masa de la estructura y del motor, y un porcentaje mayor de la masa en órbita es masa de carga útil. [1]
Una ventaja sobre tres o más etapas es una reducción en la complejidad y menos eventos de separación , lo que reduce el costo y el riesgo de falla. [2]
No siempre está claro cuándo un vehículo es un TSTO, debido al uso de cohetes propulsores adicionales en el lanzamiento. Estos se lanzan al principio del vuelo y pueden o no considerarse una etapa adicional si el motor o los motores centrales continúan funcionando. A veces se los considera media etapa, lo que lleva a la expresión una etapa y media a órbita (1.5STO), por ejemplo, para el Long March 5B [3] o el misil Atlas [4] [5] , que era una sola etapa central con propulsores adicionales. De manera similar, los diseños de dos etapas con propulsores adicionales pueden denominarse cohetes de 2,5 etapas, por ejemplo, el Ariane 5 o la mayoría de las variantes del Atlas V (todas excepto la 401 y la 501).
En lo que respecta a los sistemas de lanzamiento reutilizables, este enfoque se suele proponer como una alternativa al lanzamiento de una sola etapa a órbita (o SSTO ). Sus partidarios argumentan que, dado que cada etapa puede tener una relación de masa menor que un sistema de lanzamiento SSTO, dicho sistema puede construirse más lejos de los límites de sus materiales estructurales. Se argumenta que un diseño de dos etapas debería requerir menos mantenimiento, menos pruebas, experimentar menos fallas y tener una vida útil más larga. Además, el enfoque de dos etapas permite optimizar la etapa inferior para operar en la atmósfera inferior de la Tierra, donde la presión y la resistencia son altas, mientras que la etapa superior puede optimizarse para operar en las condiciones cercanas al vacío de la última parte del lanzamiento. Esto permite un aumento en la fracción de masa de carga útil de un vehículo de dos etapas en comparación con los vehículos de una sola etapa o de etapa y media, que tienen que funcionar en ambos entornos utilizando el mismo hardware. [ cita requerida ]
Los críticos argumentan [ ¿quién? ] que la mayor complejidad de diseñar dos etapas separadas que deben interactuar, la logística involucrada en devolver la primera etapa al sitio de lanzamiento y las dificultades de realizar pruebas incrementales en una segunda etapa superarán estos beneficios. En el caso de las etapas inferiores similares a los aviones, también argumentan lo difícil y costoso que es desarrollar y operar aeronaves de alta velocidad (como el SR-71 ), y cuestionan las afirmaciones sobre su rendimiento. Muchos diseños de "minitransbordadores" que utilizan aviones de transporte como primeras etapas también enfrentan problemas similares con el hielo/espuma como el transbordador espacial debido al requisito de que también lleven un gran tanque externo para su combustible. [ cita requerida ]
A partir de 2023, SpaceX y la NASA son los únicos proveedores de lanzamiento que han logrado la reutilización de la primera etapa de un vehículo orbital con el Falcon 9 de dos etapas y el Falcon Heavy de 2,5 etapas de SpaceX, y los cohetes propulsores sólidos del transbordador espacial de la NASA . Rocket Lab ha recuperado varias primeras etapas de su cohete Electron , pero no lo ha vuelto a poner en órbita.
Teniendo en cuenta que las operaciones similares a las de un avión no se traducen en una apariencia similar a la de un avión, algunos conceptos de TSTO reutilizables tienen primeras etapas que funcionan como aeronaves VTOL o VTOHL . El DC-X ha demostrado que el diseño de la opción VTOL es viable. Otros diseños, como el concepto DH-1, lo llevan un paso más allá y utilizan un enfoque de "subir/bajar", que lleva la etapa en órbita a un punto a unos 60 km sobre la superficie de la Tierra, antes de volver a descender a la plataforma de lanzamiento. En el caso del DH-1, la etapa superior es efectivamente un "casi SSTO" con una fracción de masa más realista y que se optimizó para la fiabilidad.
Algunos diseños de TSTO comprenden una primera etapa similar a la de un avión y una segunda etapa similar a la de un cohete . Los elementos del avión pueden ser alas, motores que respiran aire o ambos. Este enfoque es atractivo porque transforma la atmósfera terrestre de un obstáculo a una ventaja. Por encima de cierta velocidad y altitud, las alas y los estatorreactores dejan de ser efectivos y el cohete se despliega para completar el viaje a la órbita.
Saenger (nave espacial) fue uno de los primeros conceptos de este tipo.
Aunque no se trata de un vehículo orbital, la exitosa nave espacial suborbital privada SpaceShipOne , desarrollada para el Premio Ansari X, demostró que un sistema de dos etapas con una aeronave con alas como "mitad inferior" puede alcanzar el borde del espacio . El equipo detrás de SpaceShipOne ha construido y puesto en vuelo un sistema de lanzamiento suborbital comercial, SpaceShipTwo , basado en esta tecnología.
El cohete Pegasus , cuando se lanza desde un avión, no es un sistema de dos etapas en órbita porque el componente del cohete en sí está compuesto de múltiples etapas.