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Vehículo de lanzamiento

La nave rusa Soyuz TMA-5 despega del cosmódromo de Baikonur en Kazajstán rumbo a la Estación Espacial Internacional
Comparación de vehículos de lanzamiento. Muestra las masas de carga útil para LEO , GTO , TLI y MTO

Un vehículo de lanzamiento es típicamente un vehículo propulsado por cohetes diseñado para transportar una carga útil (una nave espacial tripulada o satélites ) desde la superficie de la Tierra o la atmósfera inferior hasta el espacio exterior . La forma más común es el cohete multietapa con forma de misil balístico , pero el término es más general y también abarca vehículos como el transbordador espacial . La mayoría de los vehículos de lanzamiento operan desde una plataforma de lanzamiento , respaldada por un centro de control de lanzamiento y sistemas como el ensamblaje del vehículo y el abastecimiento de combustible. [1] Los vehículos de lanzamiento están diseñados con aerodinámica y tecnologías avanzadas , que contribuyen a altos costos operativos.

Un vehículo de lanzamiento orbital debe elevar su carga útil al menos hasta el límite del espacio, aproximadamente 150 km (93 mi) y acelerarla a una velocidad horizontal de al menos 7.814 m/s (17.480 mph). [2] Los vehículos suborbitales lanzan sus cargas útiles a una velocidad menor o se lanzan en ángulos de elevación mayores que el horizontal.

Los vehículos de lanzamiento orbital prácticos utilizan propulsores químicos como combustible sólido , hidrógeno líquido , queroseno , oxígeno líquido o propulsores hipergólicos .

Los vehículos de lanzamiento se clasifican según su capacidad de carga útil orbital, que va desde pequeña , mediana , pesada hasta superpesada .

Historia

Los vuelos espaciales comenzaron en el siglo XX tras los avances teóricos y prácticos de Konstantin Tsiolkovsky , Robert H. Goddard y Hermann Oberth , cada uno de los cuales publicó obras que proponían cohetes como medio para los vuelos espaciales. [a] Los primeros programas exitosos de cohetes a gran escala fueron iniciados en la Alemania nazi por Wernher von Braun . La Unión Soviética tomó la delantera en la carrera espacial de posguerra , lanzando el primer satélite , [3] el primer animal , [4] el  primer humano [5] y la primera mujer [6] en órbita . Estados Unidos aterrizó los primeros hombres en la Luna en 1969. A finales del siglo XX, Francia, el Reino Unido, Japón y China también estaban trabajando en proyectos para llegar al espacio.

Masa en órbita

La NASA clasifica los vehículos de lanzamiento según su capacidad de carga útil en órbita terrestre baja : [7]

Los cohetes sonda son similares a los vehículos de lanzamiento de pequeño tamaño, pero suelen ser incluso más pequeños y no colocan cargas útiles en órbita. En 2018 , se utilizó un cohete sonda SS-520 modificado para colocar una carga útil de 4 kilogramos ( TRICOM-1R ) en órbita. [11]

información general

Los vuelos espaciales orbitales requieren que la carga útil de un satélite o nave espacial se acelere a una velocidad muy alta. En el vacío del espacio, las fuerzas de reacción deben ser proporcionadas por la expulsión de masa, lo que da como resultado la ecuación del cohete . La física de los vuelos espaciales es tal que normalmente se requieren etapas de cohete para alcanzar la órbita deseada. [ cita requerida ]

Los vehículos de lanzamiento desechables están diseñados para un solo uso, con propulsores que generalmente se separan de su carga útil y se desintegran durante la reentrada atmosférica o al entrar en contacto con el suelo. Por el contrario, los vehículos de lanzamiento reutilizables están diseñados para recuperarse intactos y lanzarse de nuevo. El Falcon 9 es un ejemplo de vehículo de lanzamiento reutilizable. [12] A partir de 2023, todos los vehículos de lanzamiento reutilizables que alguna vez estuvieron operativos han sido parcialmente reutilizables, lo que significa que algunos componentes se recuperan y otros no. Esto generalmente significa la recuperación de etapas específicas, generalmente solo la primera etapa, pero a veces se pueden recuperar componentes específicos de una etapa de cohete mientras que otros no. El transbordador espacial , por ejemplo, recuperó y reutilizó sus propulsores de cohetes sólidos , el orbitador del transbordador espacial que también actuó como segunda etapa y los motores utilizados por la etapa central (el RS-25 , que estaba ubicado en la parte trasera del orbitador), sin embargo, el tanque de combustible del que los motores obtenían combustible, que estaba separado de los motores, no se reutilizó. [ cita requerida ]

Por ejemplo, la Agencia Espacial Europea es responsable del Ariane V , y la United Launch Alliance fabrica y lanza los cohetes Delta IV y Atlas V. [ cita requerida ]

Ubicaciones de la plataforma de lanzamiento

Lanzamiento al mar por la empresa china Orienspace

Las plataformas de lanzamiento pueden estar ubicadas en tierra ( puerto espacial ), en una plataforma oceánica fija ( San Marco ), en una plataforma oceánica móvil ( Sea Launch ) y en un submarino . Los vehículos de lanzamiento también pueden lanzarse desde el aire . [ cita requerida ]

Regímenes de vuelo

Un vehículo de lanzamiento despegará con su carga útil en algún lugar de la superficie de la Tierra. Para alcanzar la órbita, el vehículo debe viajar verticalmente para salir de la atmósfera y horizontalmente para evitar volver a contactar con el suelo. La velocidad requerida varía según la órbita, pero siempre será extrema en comparación con las velocidades que se encuentran en la vida normal. [ cita requerida ]

Los vehículos de lanzamiento ofrecen distintos grados de rendimiento. Por ejemplo, un satélite con destino a la órbita geoestacionaria (GEO) puede ser insertado directamente por la etapa superior del vehículo de lanzamiento o lanzado a una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). Una inserción directa impone mayores exigencias al vehículo de lanzamiento, mientras que la GTO exige más a la nave espacial. Una vez en órbita, las etapas superiores del vehículo de lanzamiento y los satélites pueden tener capacidades superpuestas, aunque las etapas superiores tienden a tener vidas orbitales medidas en horas o días, mientras que las naves espaciales pueden durar décadas. [ cita requerida ]

Lanzamiento distribuido

El lanzamiento distribuido implica el logro de un objetivo mediante el lanzamiento de múltiples naves espaciales. Una nave espacial de gran tamaño, como la Estación Espacial Internacional, se puede construir ensamblando módulos en órbita o realizando una transferencia de combustible en el espacio para aumentar en gran medida las capacidades delta-V de un vehículo cislunar o de espacio profundo . El lanzamiento distribuido permite misiones espaciales que no son posibles con arquitecturas de lanzamiento único. [13]

Las arquitecturas de misión para lanzamiento distribuido se exploraron en la década de 2000 [14] y los vehículos de lanzamiento con capacidad de lanzamiento distribuido integrada comenzaron a desarrollarse en 2017 con el diseño Starship . La arquitectura de lanzamiento estándar de Starship es reabastecer la nave espacial en la órbita terrestre baja para permitir que la nave envíe cargas útiles de alta masa en misiones mucho más energéticas . [15]

Regresar al sitio de lanzamiento

Después de 1980, pero antes de la década de 2010, dos vehículos de lanzamiento orbital desarrollaron la capacidad de regresar al sitio de lanzamiento (RTLS). Tanto el transbordador espacial estadounidense , con uno de sus modos de aborto [16] [17] , como el Buran soviético [18] tenían una capacidad diseñada para devolver una parte del vehículo de lanzamiento al sitio de lanzamiento a través del mecanismo de aterrizaje horizontal de la parte del avión espacial del vehículo de lanzamiento. En ambos casos, la estructura de empuje del vehículo principal y el gran tanque de combustible eran prescindibles , como había sido el procedimiento estándar para todos los vehículos de lanzamiento orbital volados antes de esa fecha. Ambos se demostraron posteriormente en vuelos nominales orbitales reales, aunque ambos también tenían un modo de aborto durante el lanzamiento que posiblemente podría permitir a la tripulación aterrizar el avión espacial después de un lanzamiento fuera de lo nominal. [ cita requerida ]

En la década de 2000, tanto SpaceX como Blue Origin desarrollaron de forma privada un conjunto de tecnologías para respaldar el aterrizaje vertical de la etapa de refuerzo de un vehículo de lanzamiento. Después de 2010, SpaceX emprendió un programa de desarrollo para adquirir la capacidad de traer de regreso y aterrizar verticalmente una parte del vehículo de lanzamiento orbital Falcon 9 : la primera etapa . El primer aterrizaje exitoso se realizó en diciembre de 2015, [19] desde 2017, las etapas del cohete aterrizan rutinariamente en una plataforma de aterrizaje adyacente al sitio de lanzamiento o en una plataforma de aterrizaje en el mar, a cierta distancia del sitio de lanzamiento. [20] El Falcon Heavy está diseñado de manera similar para reutilizar los tres núcleos que componen su primera etapa. En su primer vuelo en febrero de 2018, los dos núcleos externos regresaron con éxito a las plataformas de aterrizaje del sitio de lanzamiento, mientras que el núcleo central apuntó a la plataforma de aterrizaje en el mar, pero no aterrizó con éxito en ella. [21]

Blue Origin desarrolló tecnologías similares para traer de regreso y aterrizar su vehículo suborbital New Shepard , y demostró con éxito el regreso en 2015, y reutilizó con éxito el mismo propulsor en un segundo vuelo suborbital en enero de 2016. [22] Para octubre de 2016, Blue había vuelto a volar y aterrizado con éxito ese mismo vehículo de lanzamiento un total de cinco veces. [23] Sin embargo, debe tenerse en cuenta que las trayectorias de lanzamiento de ambos vehículos son muy diferentes, ya que New Shepard sube y baja en línea recta, mientras que Falcon 9 tiene que cancelar una velocidad horizontal sustancial y regresar desde una distancia significativa hacia abajo. [ cita requerida ]

Tanto Blue Origin como SpaceX también tienen vehículos de lanzamiento reutilizables adicionales en desarrollo. Blue está desarrollando la primera etapa del New Glenn LV orbital para que sea reutilizable, y su primer vuelo está previsto para no antes de 2024. SpaceX tiene un nuevo vehículo de lanzamiento superpesado en desarrollo para misiones al espacio interplanetario . El SpaceX Starship está diseñado para soportar RTLS, aterrizaje vertical y reutilización completa tanto de la etapa de refuerzo como de la segunda etapa/nave espacial grande integrada que están diseñadas para su uso con Starship. [24] Su primer intento de lanzamiento tuvo lugar en abril de 2023; sin embargo, ambas etapas se perdieron durante el ascenso. [ cita requerida ]

Véase también

Notas

  1. ^
    • Tsiolkovsky, 1903, Exploración del espacio exterior por medio de cohetes
    • Goddard, 1919, Un método para alcanzar altitudes extremas
    • Oberth, 1923, Die Rakete zu den Planetenräumen.

Referencias

  1. ^ "La NASA elimina la actualización del sistema de lanzamiento 'herida' en el KSC". Florida Today. Archivado desde el original el 13 de octubre de 2002.
  2. ^ Hill, James VH (abril de 1999), "Llegar a la órbita baja de la Tierra", Space Future , archivado desde el original el 19 de marzo de 2012 , consultado el 18 de marzo de 2012 .
  3. ^ "Sputnik | Satélites, historia y hechos | Britannica". www.britannica.com .
  4. ^ Siddiqi, Asif A. (2000). El desafío al Apolo: la Unión Soviética y la carrera espacial, 1945-1974.
  5. ^ "Yuri Gagarin: el primer hombre en el espacio". NASA. Archivado desde el original el 14 de marzo de 2023. Consultado el 8 de enero de 2023 .
  6. ^ "Este día en la historia: la cosmonauta soviética Valentina Tereshkova se convierte en la primera mujer en el espacio". History.com. 16 de junio de 1963. Consultado el 8 de enero de 2023 .
  7. ^ Hojas de ruta de tecnología espacial de la NASA: sistemas de propulsión de lanzamiento, pág. 11: "Pequeño: cargas útiles de 0 a 2 t, mediano: cargas útiles de 2 a 20 t, pesado: cargas útiles de 20 a 50 t, súper pesado: cargas útiles de >50 t"
  8. ^ "Servicios de lanzamiento: hitos". Arianespace . Consultado el 19 de agosto de 2014 .
  9. ^ ab "Bienvenidos a la Guayana Francesa" (PDF) . arianespace.com . Arianespace. Archivado desde el original (PDF) el 23 de septiembre de 2015 . Consultado el 19 de agosto de 2014 .
  10. ^ Informe final del HSF: En busca de un programa de vuelos espaciales humanos digno de una gran nación Archivado el 22 de noviembre de 2009 en Wayback Machine , octubre de 2009, Comité de revisión de los planes de vuelos espaciales humanos de EE. UU. , págs. 64-66: "5.2.1 La necesidad de transporte pesado ... requiere un vehículo de lanzamiento de "transporte superpesado" ... alcance de 25 a 40 mt, estableciendo un límite inferior nocional en el tamaño del vehículo de lanzamiento de transporte superpesado si hay reabastecimiento de combustible disponible ... esto favorece fuertemente una capacidad mínima de transporte pesado de aproximadamente 50 mt ..."
  11. ^ "SS-520". space.skyrocket.de . Consultado el 2 de junio de 2020 .
  12. ^ Lindsey, Clark (28 de marzo de 2013). «SpaceX avanza rápidamente hacia la primera etapa de regreso». NewSpace Watch . Archivado desde el original el 16 de abril de 2013. Consultado el 29 de marzo de 2013 .
  13. ^ Kutter, Bernard; Monda, Eric; Wenner, Chauncey; Rhys, Noah (2015). Lanzamiento distribuido: posibilitando misiones más allá de la órbita terrestre baja (PDF) . AIAA 2015. Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica . Consultado el 23 de marzo de 2018 .
  14. ^ Chung, Victoria I.; Crues, Edwin Z.; Blum, Mike G.; Alofs, Cathy (2007). Simulación de lanzamiento y ascenso de Orion/Ares I: un segmento de la simulación de exploración espacial distribuida (DSES) (PDF) . AIAA 2007. Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica . Consultado el 23 de marzo de 2018 .
  15. ^ Foust, Jeff (29 de septiembre de 2017). «Musk presenta una versión revisada del sistema de lanzamiento interplanetario gigante». SpaceNews . Consultado el 23 de marzo de 2018 .
  16. ^ "Regreso al sitio de lanzamiento". NASA.gov . Archivado desde el original el 15 de abril de 2015. Consultado el 4 de octubre de 2016 .
  17. ^ "Space Shuttle Abort Evolution" (PDF) . ntrs.nasa.gov . 26 de septiembre de 2011 . Consultado el 4 de octubre de 2016 .
  18. ^ Handwerk, Brian (12 de abril de 2016). «El transbordador espacial soviético olvidado podría volar solo». National Geographic . National Geographic Society . Archivado desde el original el 15 de abril de 2016 . Consultado el 4 de octubre de 2016 .
  19. ^ Newcomb, Alyssa; Dooley, Erin (21 de diciembre de 2015). "El aterrizaje histórico del cohete SpaceX es un éxito". ABC News . Consultado el 4 de octubre de 2016 .
  20. ^ Sparks, Daniel (17 de agosto de 2016). «SpaceX aterriza su sexto cohete y se acerca a la reutilización». Los Motley Fool . Consultado el 27 de febrero de 2017 .
  21. ^ Gebhardt, Chris (5 de febrero de 2018). «SpaceX debuta con éxito el Falcon Heavy en un lanzamiento de demostración desde el KSC – NASASpaceFlight.com». NASASpaceFlight.com . Consultado el 23 de febrero de 2018 .
  22. ^ Foust, Jeff (22 de enero de 2016). «Blue Origin reflies New Shepard suborbital vehicle». SpaceNews . Consultado el 1 de noviembre de 2017 .
  23. ^ Foust, Jeff (5 de octubre de 2016). «lue Origin prueba con éxito el sistema de aborto de New Shepard». SpaceNews . Consultado el 8 de octubre de 2016 .
  24. ^ Foust, Jeff (15 de octubre de 2017). «Musk ofrece más detalles técnicos sobre el sistema BFR - SpaceNews.com». SpaceNews.com . Consultado el 23 de febrero de 2018 .

Enlaces externos