En los cohetes, la seguridad del alcance o de los vuelos se garantiza monitoreando las trayectorias de vuelo de los misiles y vehículos de lanzamiento , y haciendo cumplir pautas estrictas para la construcción de cohetes y las operaciones en tierra. Se implementan diversas medidas para proteger a las personas, los edificios y las infraestructuras cercanas de los peligros del lanzamiento de un cohete.
Los gobiernos mantienen muchas regulaciones sobre vehículos de lanzamiento y sistemas terrestres asociados, que prescriben los procedimientos que debe seguir cualquier entidad que desee lanzarse al espacio. Las áreas en las que se operan uno o más puertos espaciales , o polígonos, establecen zonas de exclusión estrechamente vigiladas para el tráfico aéreo y marítimo antes del lanzamiento, y cierran ciertas áreas al público.
Los procedimientos de contingencia se realizan si un vehículo funciona mal o se desvía de su rumbo en pleno vuelo. Por lo general, un oficial de seguridad de campo (RSO) ordena que finalice el vuelo o la misión enviando una señal al sistema de terminación de vuelo (FTS) a bordo del cohete. Se toman medidas para eliminar cualquier medio con el que el vehículo pueda poner en peligro a cualquier persona o cosa en el suelo, la mayoría de las veces mediante el uso de explosivos. La terminación del vuelo también podría activarse de forma autónoma mediante una unidad informática separada en el propio cohete.
Antes de cada lanzamiento, se evacua el área que rodea la plataforma de lanzamiento y se dan avisos a los aviadores y navegantes para que eviten ciertos lugares el día del lanzamiento. Esto facilita la creación de un área designada para el lanzamiento de cohetes, llamada corredor de lanzamiento. [2] [3] Los límites del corredor de lanzamiento se denominan líneas de destrucción. Las coordenadas exactas del corredor de lanzamiento dependen de las condiciones meteorológicas y de la dirección del viento, así como de las propiedades del vehículo de lanzamiento y su carga útil. Los lanzamientos pueden posponerse o cancelarse debido a que un barco, barco o avión ingrese al corredor de lanzamiento. [3]
Para ayudar al oficial de seguridad de campo (RSO) a monitorear el lanzamiento y tomar decisiones eventuales, existen muchos indicadores que muestran el estado del vehículo espacial en vuelo. Estos incluían presiones de la cámara de refuerzo, gráficos de planos verticales (luego reemplazados por líneas de destrucción generadas por computadora) e indicadores de altura y velocidad. El apoyo del RSO para esta información fue un equipo de apoyo de RSO que informaba desde el perfil y los cables paralelos horizontales utilizados en el despegue (antes de que la tecnología de radar estuviera disponible) e indicadores de telemetría. [3] Durante todo el vuelo, los RSO prestan mucha atención al punto de impacto instantáneo (IIP) del vehículo de lanzamiento, que se actualiza constantemente junto con su posición; Cuando se prevé que un cohete cruzará una de las líneas de destrucción en vuelo por cualquier motivo, se emite un comando de destrucción para evitar que el vehículo ponga en peligro a personas y bienes fuera de la zona de seguridad. [3] Esto implica enviar mensajes codificados (normalmente secuencias de tonos de audio, mantenidos en secreto antes del lanzamiento) a receptores UHF redundantes especiales en las distintas etapas o componentes del vehículo de lanzamiento. Anteriormente, el RSO transmitió una orden de "armado" justo antes de la finalización del vuelo, lo que hizo que el FTS fuera utilizable y apagó los motores de los cohetes de combustible líquido. [4] Ahora, el FTS suele estar armado justo antes del lanzamiento. [2] Un comando separado de "disparo" detona explosivos, típicamente cargas de forma lineal , para desactivar el cohete. [4]
La confiabilidad es una alta prioridad en los sistemas de seguridad de alcance, con gran énfasis en la redundancia y las pruebas previas al lanzamiento. Los transmisores de seguridad de alcance funcionan continuamente a niveles de potencia muy altos para garantizar un margen de enlace sustancial . Los niveles de señal vistos por los receptores de seguridad de alcance se verifican antes del lanzamiento y se monitorean durante todo el vuelo para garantizar márgenes adecuados. Cuando el vehículo de lanzamiento ya no es una amenaza, el sistema de seguridad del campo de tiro generalmente se protege (apaga) para evitar una activación involuntaria. La etapa S-IVB de los cohetes Saturn 1B y Saturn V hizo esto con un comando al sistema de seguridad de alcance para eliminar su propia energía. [5]
En el programa espacial de EE. UU. , la seguridad del campo de tiro suele ser responsabilidad de un Oficial de seguridad de campo (RSO), afiliado al programa espacial civil dirigido por la NASA o al programa espacial militar dirigido por el Departamento de Defensa , a través de su unidad subordinada en los Estados Unidos. Fuerza Espacial . En la NASA , el objetivo es que el público en general esté tan seguro durante las operaciones de campo como lo está en sus actividades diarias normales. [6] Todos los vehículos de lanzamiento estadounidenses deben estar equipados con un sistema de terminación de vuelo. [7]
La seguridad en los campos de tiro se ha practicado desde los primeros intentos de lanzamiento realizados desde Cabo Cañaveral en 1950. Los vehículos espaciales para vuelos suborbitales y orbitales desde los campos de pruebas del Este y del Oeste fueron destruidos si ponían en peligro áreas pobladas al cruzar líneas de destrucción predeterminadas que abarcaban el área segura. Corredor de lanzamiento de vuelos. [ cita necesaria ] Después del despegue inicial, la información del vuelo se captura con radares de banda X y C , y receptores de telemetría de banda S de transmisores instalados en vehículos. [ cita necesaria ] En el Eastern Test Range, se ubicaron antenas de banda S y C en las Bahamas y hasta la isla de Antigua, después de lo cual el vehículo espacial completó sus etapas de propulsión o se encuentra en órbita. [ cita necesaria ] Se utilizaron dos interruptores, armar y destruir . El interruptor de brazo detuvo la propulsión de los vehículos de propulsión líquida y la destrucción encendió el primacord que rodeaba los tanques de combustible. [ cita necesaria ]
Hasta 2023, se han cancelado un total de 34 intentos de lanzamiento orbital de EE. UU., [ cita necesaria ] el primero fue Vanguard TV-3BU en 1958 y el más reciente fue la prueba de vuelo integrada Starship del 18 de noviembre de 2023 . [8]
Para los lanzamientos desde la Cordillera Oriental , que incluye el Centro Espacial Kennedy y la Estación de la Fuerza Espacial de Cabo Cañaveral , el Oficial de Control de Vuelo de la Misión (MFCO) es responsable de garantizar la seguridad pública desde el vehículo durante su vuelo hasta la inserción orbital, o, en el caso de que el lanzamiento es de tipo balístico, hasta que todas las piezas hayan caído sanas y salvas a la Tierra. [ cita necesaria ] A pesar de una idea errónea común, el MFCO no es parte de la Oficina de Seguridad, sino que es parte del grupo de Operaciones del Escuadrón de Alcance del Lanzamiento Espacial Delta 45 de la Fuerza Espacial , y se considera un representante directo de la Comandante Delta. [ cita necesaria ] El MFCO se guía en la toma de decisiones de destrucción por hasta tres tipos diferentes de gráficos de pantalla de computadora, generados por la sección de análisis de vuelo de seguridad del campo. [ cita necesaria ] Una de las pantallas principales para la mayoría de los vehículos es una pantalla de punto de impacto al vacío en la que los parámetros de resistencia, giros del vehículo, viento y explosión están integrados en los gráficos correspondientes. [ cita necesaria ] Otro incluye una visualización del plano vertical con la trayectoria del vehículo proyectada en dos planos. [ cita necesaria ] Para el transbordador espacial, la pantalla principal que utilizó un MFCO es una huella continua en tiempo real, una curva simple cerrada en movimiento que indica dónde caerían la mayoría de los escombros si el MFCO destruyera el transbordador en ese momento. Esta huella en tiempo real se desarrolló en respuesta al desastre del transbordador espacial Challenger en 1986, cuando propulsores de cohetes sólidos perdidos se separaron inesperadamente del vehículo central destruido y comenzaron a viajar hacia arriba, hacia la tierra. [ cita necesaria ]
La seguridad del campo de tiro en Western Range ( Base de la Fuerza Espacial Vandenberg en California) se controla mediante un conjunto algo similar de gráficos y sistemas de visualización. Sin embargo, los MFCO de Western Range pertenecen al equipo de seguridad durante los lanzamientos y son el punto focal para todas las actividades relacionadas con la seguridad durante un lanzamiento. [ cita necesaria ]
Incluso para las misiones espaciales tripuladas por Estados Unidos, la RSO tiene autoridad para ordenar la destrucción remota del vehículo de lanzamiento si muestra signos de estar fuera de control durante el lanzamiento y si cruza los límites de aborto preestablecidos diseñados para proteger las áreas pobladas de daños. [ cita necesaria ] En el caso de un vuelo tripulado, al vehículo se le permitiría volar hasta el apogeo antes de que se transmitiera la destrucción . [ cita necesaria ] Esto permitiría a los astronautas la cantidad máxima de tiempo para su autoexpulsión. Justo antes de la activación de las cargas de destrucción, también se apagan los motores de la etapa propulsora. [ cita necesaria ] Por ejemplo, en los lanzamientos de Mercury/Gemini/Apollo de la década de 1960, el sistema RSO fue diseñado para no activarse hasta tres segundos después del apagado del motor para darle tiempo al sistema de escape de lanzamiento para retirar la cápsula. [ cita necesaria ]
El orbitador del transbordador espacial estadounidense no tenía dispositivos de destrucción, pero los propulsores de cohetes sólidos (SRB) y el tanque externo sí los tenían. [9] Después de que el transbordador espacial Challenger se desintegró en vuelo , la RSO ordenó que los SRB de vuelo libre y descontrolados fueran destruidos antes de que pudieran representar una amenaza. [10]
A pesar de que la RSO continúa trabajando después de que el Centro Espacial Kennedy entregue el control al Control de Misión en el Centro Espacial Johnson , no se le considera controlador de vuelo . [9] El RSO trabaja en el Centro de Control de Operaciones de Alcance en la Estación de la Fuerza Espacial de Cabo Cañaveral, y el trabajo del RSO finaliza cuando el misil o vehículo se sale del alcance y ya no es una amenaza para ningún área marítima o terrestre (después de completar ascenso de la primera etapa). [9]
A diferencia del programa estadounidense, el programa espacial ruso no destruye cohetes en el aire cuando no funcionan correctamente. Si un vehículo de lanzamiento pierde el control, los controladores terrestres pueden emitir un comando de apagado manual o la computadora a bordo puede ejecutarlo automáticamente. En este caso, simplemente se permite que el cohete impacte intacto contra el suelo. Dado que los sitios de lanzamiento de Rusia se encuentran en áreas remotas, lejos de poblaciones importantes, nunca se ha considerado necesario incluir un sistema de terminación de vuelos. Durante la era soviética, las etapas de cohetes gastadas o los restos de lanzamientos fallidos se limpiaban minuciosamente, pero desde el colapso de la URSS, esta práctica ha decaído.
Se desconoce si China implementa evaluaciones de seguridad y contingencia en torno a los lanzamientos de cohetes y si se instala un sistema de terminación de vuelo en cada uno de los vehículos de lanzamiento del país. [11] [12] El país es conocido por dejar que partes de cohetes caigan a la Tierra en una trayectoria incontrolada. [13] [14] En un caso , un vehículo de lanzamiento se estrelló contra una aldea cerca del Centro de Lanzamiento de Satélites de Xichang después de desviarse de su rumbo, matando al menos a seis personas. [11] Desde principios de la década de 2020, la Corporación de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China (CASC) comenzó a desarrollar e implementar métodos para evitar las reentradas incontroladas de sus propulsores de cohetes Gran Marcha , sobre todo mediante el uso de paracaídas . [15]
La Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) regula las actividades espaciales a través de su departamento de Seguridad y Garantía de Misión. El reglamento JERG-1-007E estipula muchos de los requisitos de seguridad que se deben mantener en el campo el día del lanzamiento, las violaciones de la seguridad del lanzamiento y los procedimientos a seguir después de abortos y fallas en el lanzamiento y durante emergencias en el campo. [dieciséis]
El principal sitio de lanzamiento de la ESA se encuentra en Kourou , Guayana Francesa. Los cohetes de la ESA emplean sistemas de seguridad de vuelo similares a los de Estados Unidos a pesar de la relativa lejanía del centro de lanzamiento. La seguridad del campo de tiro en el puerto espacial europeo es responsabilidad del equipo de seguridad de vuelo, [17] y el sitio de lanzamiento y las áreas circundantes están salvaguardados por la Legión Extranjera Francesa . [18] Los primeros cohetes Ariane 5 estaban controlados por computadoras de vuelo con la capacidad de terminar un vuelo por iniciativa propia , incluido el infame Ariane 501 . [19]
En 2018, un lanzador Ariane 5 que transportaba dos satélites comerciales se desvió de su rumbo poco después del despegue . Al control terrestre se le mostró un rumbo nominal del cohete hasta los 9 minutos de vuelo, cuando la segunda etapa se encendió y se perdió el contacto. [20] El cohete casi voló sobre Kourou , y en el momento en que la RSO se dio cuenta de que volaba más cerca de la tierra de lo previsto, se decidió no terminar el vuelo por temor a que los escombros resultantes golpearan la ciudad adyacente al sitio de lanzamiento. . [21] Los dos satélites fueron desplegados en una órbita fuera del objetivo y pudieron corregir sus órbitas con pérdidas sustanciales de propulsor. [20]
Los vehículos de lanzamiento de la Organización India de Investigación Espacial (ISRO) son rastreados por radares de banda C y banda S. A partir de febrero de 2019, ISRO no utiliza GPS ni NavIC para transmitir directamente la ubicación de un vehículo de lanzamiento al campo. [22]
Las medidas de seguridad en el campo de tiro se aplican durante los lanzamientos del vehículo de lanzamiento orbital Chollima-1 . En el exitoso tercer intento de lanzamiento del cohete, se informó que los funcionarios activaron el sistema de terminación de vuelo en la primera etapa después de la separación, presumiblemente para destruir evidencia en un esfuerzo por evitar la ingeniería inversa si Corea del Sur o sus aliados recuperaran el propulsor. . [23]
Un sistema de terminación de vuelo (FTS) es un conjunto de activadores y actuadores interconectados montados en un vehículo de lanzamiento que pueden apagar o destruir componentes del vehículo para dejarlo incapaz de volar. Como es lo único que puede garantizar la seguridad de las instalaciones terrestres, del personal y de los espectadores durante el lanzamiento de un cohete, es necesario que sea 100 por ciento fiable. [7] [24] Los sistemas de terminación de vuelo también se instalan con frecuencia en vehículos aéreos no tripulados . [25] [26]
Para evitar que otros componentes interfieran en sus decisiones, el FTS debe funcionar con total independencia del cohete; como tal, necesita mantenimiento por separado y viene con su propia fuente de energía. [7] [27] En el caso de cohetes multietapa y aquellos que utilizan propulsores laterales, cada etapa y cada propulsor del vehículo de lanzamiento está equipado con su propio FTS. [7]
La terminación del vuelo suele destruir la carga útil del cohete; [28] Los vehículos de lanzamiento tripulados, con la excepción del transbordador espacial , [29] han empleado un sistema de escape de lanzamiento para salvar las vidas de la tripulación en caso de que su cohete portador funcione mal. [30]
Un sistema de terminación de vuelo normalmente consta de dos conjuntos de los siguientes componentes: [24]
Un vuelo se puede finalizar de dos maneras, que se describen a continuación.
En la mayoría de los casos, se prefiere que un vehículo de lanzamiento que funciona mal esté completamente neutralizado en altitud. [24] Un cohete se destruye durante el vuelo para evitar que abandone el corredor de lanzamiento o continúe un vuelo errante. La destrucción resultante es necesaria para dispersar las piezas del cohete en un área pequeña, asegurando que la mayoría de las piezas permanezcan dentro del corredor de lanzamiento y puedan causar el menor daño o lesiones posible. Además, tiene que quemar y dispersar su propulsor muy por encima del suelo de la forma más controlada posible. [24] Esto se hace detonando explosivos de alta potencia , generalmente cargas de forma lineal , [31] en áreas específicas del cohete, lo que inicia una falla estructural y hace que el vehículo sea aerodinámicamente inestable. [28]
En los cohetes de combustible líquido , [33] [34] los tanques de propulsor se abren para derramar su contenido. [12] [28] Los motores del cohete también suelen quedar destruidos o inutilizados. [32] En los cohetes que contienen propulsores hipergólicos , la sección entre tanques o el mamparo común de los tanques del cohete se rompe para garantizar que los propulsores tóxicos se mezclen y quemen tanto como sea posible cuando finalice el vuelo. En los cohetes alimentados con propulsores criogénicos , los tanques están perforados desde un lado para evitar una mezcla y combustión excesiva de los propulsores, [28] ya que un FTS no puede detonar propulsores y provocar una explosión violenta. [7]
A los cohetes de combustible sólido [35] [10] no se les puede apagar el motor, pero abrirlos interrumpe el empuje aunque el propulsor continúe ardiendo, ya que las cargas explosivas rompen el cohete y su combustible en pedazos. En algunos casos, de un cohete sólido sólo se puede retirar la punta o la sección superior de la carcasa del propulsor sólido, con el riesgo de que el resto del cohete explote violentamente y cause lesiones o daños al impactar contra el suelo o el agua. [24]
En algunos casos de cohetes de combustible líquido, apagar los motores [36] es suficiente para garantizar la seguridad del vuelo. [24] En esos casos, la destrucción total del vehículo no es necesaria, ya que será destruido durante el reingreso o en caso de impacto en un lugar vacío en el océano. En cambio, el FTS ordena que se cierren las válvulas de las líneas de propulsor y oxidante, o que se utilicen explosivos (como piroválvulas ) para cortar las líneas de combustible, lo que impide que el vehículo utilice sus motores y garantiza que se mantenga en una trayectoria segura. Entonces el vehículo puede quedar destruido [37] por la colisión y el agrietamiento de los tanques. [24] Este método se propuso por primera vez para el vehículo de lanzamiento Titan III-M , que se habría utilizado en el programa del Laboratorio Orbital Tripulado . [9]
Un sistema autónomo de terminación de vuelo (AFTS) o un sistema autónomo de seguridad de vuelo (AFSS) es un sistema en el que la terminación del vuelo se puede ordenar en un cohete sin la participación del personal de tierra. En cambio, los destructores AFTS tienen sus propias computadoras que están programadas para detectar violaciones de las reglas de la misión e implementar medidas para llevar la misión a un final seguro. Desde 1998, [38] estos sistemas se han desarrollado para reducir los costos de lanzamiento y permitir operaciones de lanzamiento más rápidas y con mayor capacidad de respuesta. [39] [40] [41] Además, se han desplegado sistemas de destrucción por separación involuntarios para destruir partes de cohetes de forma autónoma cuando se retiran o aflojan involuntariamente del resto del vehículo. [42]
La NASA comenzó a desarrollar AFSS en 2000, en asociación con el Departamento de Defensa de EE. UU., y su desarrollo se incluyó en el programa del Sistema de Transporte Orbital Comercial . [39]
Tanto ATK como SpaceX han desarrollado AFSS. Ambos sistemas utilizan un sistema controlado por computadora asistido por GPS para finalizar un vuelo fuera de lo nominal, complementando o reemplazando el sistema de monitoreo humano más tradicional .
El sistema de seguridad de vuelo autónomo de ATK hizo su debut [ se necesita aclaración ] el 19 de noviembre de 2013 en las instalaciones de vuelo Wallops de la NASA . El sistema fue desarrollado conjuntamente por las instalaciones de ATK en Ronkonkoma, Nueva York ; Plymouth, Minnesota ; y Promontory Point, Utah . [43]
El sistema desarrollado por SpaceX se demostró en el F9R Dev1 , un propulsor Falcon 9 utilizado en 2013/14 para probar su programa de desarrollo de tecnología de cohetes reutilizables . En agosto de 2014, después de que una lectura errónea del sensor provocara que el propulsor se desviara de su curso, el AFTS se activó y el vehículo se desintegró. [44] [33]
Desde entonces, el sistema de terminación de vuelo autónomo de SpaceX se ha utilizado en muchos lanzamientos de SpaceX y fue bien probado en 2017. Tanto las instalaciones de Eastern Range como Western Range de los Estados Unidos ahora están utilizando el sistema, que ha reemplazado al antiguo "vuelo de misión terrestre". controlar el personal y el equipo con fuentes de posicionamiento, navegación y sincronización a bordo y lógica de decisión." [45] Además, los sistemas han permitido a la Fuerza Aérea de EE. UU. reducir drásticamente su personal y aumentar el número de lanzamientos que pueden soportar en un año. Ahora se pueden admitir 48 lanzamientos al año y el coste de los servicios de alcance para un solo lanzamiento se ha reducido en un 50 por ciento. [45]
La incorporación de AFTS también ha aflojado los límites de inclinación en los lanzamientos desde la Cordillera del Este de EE. UU. A principios de 2018, la Fuerza Aérea de EE. UU. había aprobado una trayectoria que podría permitir que se realizaran lanzamientos polares desde Cabo Cañaveral . El "corredor polar" implicaría girar hacia el sur poco después del despegue, pasando justo al este de Miami, con una primera etapa de aterrizaje al norte de Cuba. [46] Un corredor de lanzamiento de este tipo no es factible con un sistema comandado desde tierra debido a la interferencia de radio de la propia columna de escape del cohete frente a la estación terrestre. [47] En agosto de 2020, SpaceX demostró esta capacidad con el lanzamiento de SAOCOM 1B . [48]
El AFTS de la nave Starship de SpaceX presentó problemas considerables en su primer vuelo . SpaceX esperaba que el vehículo recibiera la orden de destrucción en el momento en que el vehículo perdiera el control del vector de empuje en T+1:30, pero esto se hizo mucho más tarde. [49] Tras la activación, la artillería explosiva detonó como se esperaba, pero la destrucción se retrasó; [50] el vehículo solo fue destruido en T+3:59, [31] 40 segundos después de que se estimara que se activó el AFTS. [12]
En diciembre de 2019, Rocket Lab anunció que agregaron AFTS en su cohete Electron . Rocket Lab indicó que cuatro vuelos anteriores tenían sistemas terrestres y AFT. El lanzamiento de diciembre de 2019 fue el primer lanzamiento de Electron con un sistema de terminación de vuelo totalmente autónomo. Todos los vuelos posteriores tienen AFTS a bordo. En caso de que el cohete se desviara de su rumbo, el AFTS ordenaría que los motores se apagaran. [51]
En agosto de 2020, la Agencia Espacial Europea anunció que Ariane 5 tiene AFSS instalado en la bahía de aviónica. El AFSS a bordo del Ariane 5 se llama KASSAV (Kit Autonome de Sécurité pour la SAuvergarde en Vol). [52] Una versión posterior del sistema, KASSAV 2, tendrá la autoridad de finalizar automáticamente el vuelo en caso de que el cohete se desvíe de su curso. [53]
El gobierno japonés aprobó el uso de AFTS en los vehículos de lanzamiento del país desde mediados de la década de 2010. [54] El cohete de combustible sólido SpaceOne KAIROS utiliza un AFTS. [55]
Se espera que los futuros vehículos de lanzamiento como Blue Origin New Glenn , United Launch Alliance Vulcan Centaur y ArianeGroup Ariane 6 también los tengan. [56] El Sistema de Lanzamiento Espacial de la NASA planea introducir un sistema AFT durante el vuelo de Artemis 3 . [57]
En 2020, la NASA comenzó a desarrollar la Unidad de Terminación de Vuelo Autónoma de la NASA (NAFTU) para su uso en vehículos de lanzamiento comerciales y gubernamentales. La certificación provisional de la unidad se otorgó en 2022 para la primera misión de electrones estadounidenses de Rocket Lab (desde Wallops Flight Facility) en enero de 2023. [58]
{{cite web}}: CS1 maint: postscript (link){{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite web}}: CS1 maint: postscript (link)Monteith no detalló la trayectoria precisa, pero dijo que implicaba "un pequeño trote fuera de la plataforma" para girar hacia el sur una vez en alta mar, "y luego bordearíamos Miami". La primera etapa del cohete caería de manera segura antes de llegar a Cuba, dijo. La segunda etapa estaría tan alta cuando sobrevolara la isla que no se necesitarían permisos especiales.
La NASA, por otro lado, tendrá que agregar esta capacidad a su cohete SLS, y Rosati dijo que la NASA está siguiendo ese debut para la misión Artemis 3 en 2023.