Para ello se ha configurado un demostrador de tecnología de vehículo de lanzamiento reutilizable alado (RLV-TD). El RLV-TD actuó como banco de pruebas de vuelo para evaluar diversas tecnologías, como el vuelo de crucero propulsado, el vuelo hipersónico y el aterrizaje autónomo mediante propulsión por respiración de aire. La aplicación de estas tecnologías reduciría el costo de lanzamiento en un factor de 10. [4] Este proyecto no tiene conexión con el concepto de avión espacial Avatar de la Organización de Investigación y Desarrollo de Defensa de la India . [5]
Historia
En 2006, la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) realizó una serie de pruebas en tierra para demostrar una combustión supersónica estable durante casi 7 segundos con un número de Mach de entrada de 6. [6]
En marzo de 2010, ISRO llevó a cabo la prueba de vuelo de su nuevo cohete sonoro: el Vehículo de Tecnología Avanzada (ATV-D01), que pesa 3 toneladas en el despegue, un diámetro de 0,56 m (1 pie 10 pulgadas) y una longitud de ~ 10 m (33 pies). [7] Llevaba un módulo de combustión de motor scramjet pasivo como banco de pruebas para la demostración de la tecnología de propulsión por respiración de aire. [8]
En enero de 2012, ISRO anunció que se aprobó la construcción y prueba de un prototipo a escala, llamado Demostrador de tecnología de vehículo de lanzamiento reutilizable ( RLV-TD ). [9] La caracterización aerodinámica del prototipo RLV-TD fue realizada por los Laboratorios Aeroespaciales Nacionales de la India. El RLV-TD se encuentra en las últimas etapas de construcción por parte de una empresa privada con sede en Hyderabad llamada CIM Technologies. El tren de aterrizaje fijo del RLV-TD fue suministrado por Timetooth Technologies. Se espera que el RLV a gran escala utilice tren de aterrizaje retráctil. [10]
El 28 de agosto de 2016, ISRO probó con éxito su motor scramjet en el segundo vuelo de desarrollo de su vehículo de tecnología avanzada ATV-D02 desde el Centro Espacial Satish Dhawan el 28 de agosto de 2016. [14] [15] El motor scramjet se integrará al RLV en una etapa posterior de desarrollo. [16]
En enero de 2012, el Comité Nacional de Revisión aprobó el diseño del vehículo de lanzamiento reutilizable de ISRO y se otorgó la autorización para construir el vehículo. El vehículo recibió el nombre de "Demostración de tecnología de vehículo de lanzamiento reutilizable" (RLV-TD). [18] ISRO tiene como objetivo reducir el costo de la entrega de carga útil a la órbita terrestre baja en un 80% de los actuales 20.000 dólares/kg a 4.000 dólares/kg. [19] [20] [21]
El RLV-TD fue desarrollado con el objetivo de probar diversos aspectos, como el vuelo hipersónico , el aterrizaje automático , el vuelo de crucero propulsado , el vuelo hipersónico utilizando la propulsión del motor de respiración de aire y el experimento hipersónico. ISRO planifica una serie de cuatro vuelos de prueba RLV-TD: [18] [22] [23] HEX (Experimento de vuelo hipersónico), LEX (Experimento de aterrizaje), REX (Experimento de vuelo de regreso), posteriormente renombrado como OREX (Vuelo de regreso orbital). Experimento) y SPEX (Experimento de propulsión Scramjet).
Un equipo de 750 ingenieros del Centro Espacial Vikram Sarabhai, el Laboratorio Aeronáutico Nacional y el Instituto Indio de Ciencias trabajaron en el diseño y desarrollo del RLV-TD y el cohete asociado. RLV-TD se sometió a 120 horas de túnel de viento , 5.000 horas de dinámica de fluidos computacional y 1.100 ejecuciones de pruebas de simulación de vuelo . El RLV-TD tiene una masa de 1,75 toneladas, una envergadura de 3,6 metros y una longitud total de 6,5 metros (excluyendo el cohete). El vehículo tenía 600 tejas resistentes al calor en su tren de aterrizaje y cuenta con alas delta y aletas traseras en ángulo . [24] [25] El costo total del proyecto fue de ₹ 95 millones de rupias (equivalente a ₹ 137 millones de rupias o 16,4 millones de dólares estadounidenses en 2023). [26] [27] Los desarrollos futuros planificados incluyen probar un sistema de propulsión por respiración de aire, cuyo objetivo es aprovechar el oxígeno de la atmósfera en lugar del oxígeno licuado durante el vuelo. [28]
El 3 de marzo de 2010, ISRO realizó con éxito la prueba de vuelo de su nuevo cohete sonda ATV-D01 desde el Centro Espacial Satish Dhawan en Sriharikota . El ATV-D01 pesaba 3 toneladas en el momento del despegue y era el cohete con sondeo más pesado jamás desarrollado por ISRO en ese momento. Estaba montado con un motor Scramjet pasivo . El cohete voló durante 7 segundos, alcanzó un número de Mach 6 + 0,5 y una presión dinámica de 80 + 35 kPa . [29] [30]
El 28 de agosto de 2016, ISRO probó el motor scramjet en un vuelo de cinco minutos. A una altura de 20 kilómetros, se encendió el motor scramjet acoplado al vehículo de tecnología avanzada . Quemó combustible durante cinco segundos, un hito importante en el desarrollo del Ramjet de modo dual (DMR) en el marco del Proyecto de propulsión por respiración de aire. [31] El motor scramjet pesaba 3277 kg en el momento del despegue. Las tecnologías críticas que se han demostrado con éxito incluyen sistemas de inyección de combustible, mecanismos de admisión de aire, motores de respiración de aire que se encienden a velocidad supersónica y mantienen la llama a velocidad supersónica. Cada aspecto de la operación de vuelo siguió una secuencia preprogramada. El diseño y desarrollo de una entrada de aire para un motor hipersónico, una cámara de combustión supersónica, materiales que puedan soportar temperaturas extremadamente altas, herramientas computacionales para simular el flujo hipersónico, una gestión térmica adecuada y pruebas en tierra de los motores son solo algunos de los desafíos tecnológicos que ISRO ha superado con éxito. [32] [33]
El 23 de julio de 2024, ISRO concluyó efectivamente la segunda demostración de vuelo experimental de tecnología de propulsión por respiración de aire. Los sistemas de propulsión por respiración de aire se colocaron simétricamente a ambos lados del cohete sondeo Rohini RH-560 utilizado en el experimento. Los sistemas de propulsión Air Breathing se encendieron con éxito y la prueba se realizó satisfactoriamente. Durante el vuelo se observaron exhaustivamente 110 parámetros para evaluar el rendimiento del sistema de propulsión. [34]
Experimentos RLV TD
Experimento de vuelo hipersónico
El Experimento de vuelo hipersónico del vehículo de lanzamiento reutilizable o RLV HEX fue el primer vuelo de prueba del Programa de demostración de tecnología RLV. HEX se llevó a cabo con éxito el 23 de mayo de 2016. [2] [35] [36] El RLV-TD consta de un fuselaje (cuerpo), una tapa de morro, alas dobles delta y timones verticales gemelos. Tiene superficies de control activo llamadas Elevons y Rudders. [36] Aparte de los timones gemelos, es similar en forma y funcionamiento a un pequeño transbordador espacial Orbiter. TDV utiliza aproximadamente 600 baldosas de sílice resistentes al calor y aislamiento externo flexible, la tapa de la nariz está hecha de un compuesto de carbono-carbono con revestimiento de SiC. Los bordes de ataque de los timones gemelos son Inconel-718, los bordes de ataque de las alas son 15CDV6. [37] [38] [39] [40] [41] [42]
HEX fue el primer vuelo de prueba de un vehículo de lanzamiento reutilizable desarrollado por la India. Los objetivos del vuelo de prueba incluyeron: [43]
Validación de las características de diseño aerodinámico durante el vuelo hipersónico.
Caracterizar las cargas inducidas durante el descenso hipersónico a través de la atmósfera.
Evaluar el desempeño de la fibra de carbono utilizada en la construcción del morro del vehículo
Demostrar la secuenciación de separación de la primera etapa.
El vehículo fue rastreado durante su vuelo desde estaciones terrestres en Sriharikota y una terminal a bordo de un barco. La duración total del vuelo desde el lanzamiento hasta el aterrizaje fue de unos 773,6 segundos. [44] No estaba previsto recuperar la unidad. [45] [46] ISRO planea construir una pista de aterrizaje de más de 4 km de largo en la isla Sriharikota en un "futuro cercano". En este vuelo se validaron tecnologías críticas como navegación, guiado y control autónomos, sistema de protección térmica reutilizable y gestión de misión de descenso. [47]
Experimento de aterrizaje
El Experimento de aterrizaje de vehículos de lanzamiento reutilizables o RLV-LEX fue el segundo vuelo de prueba en el Programa de demostración de tecnología RLV después del Experimento de vuelo hipersónico. Las pruebas de demostración allanarán el camino para el vehículo de lanzamiento totalmente reutilizable de dos etapas a órbita (TSTO). Además, se llevarán a cabo más pruebas similares al RLV-LEX para probar otras condiciones como el viento, diferentes condiciones de falla y otros factores para finalizar las pruebas del vehículo. [48] Se realizaron tres pruebas de este tipo entre abril de 2023 y junio de 2024. Se utilizó un paracaídas para reducir la velocidad a 100 km/h y se utilizaron frenos de las ruedas delanteras para detener el vehículo. [49]
Misión de aterrizaje autónomo de vehículo de lanzamiento reutilizable (RLV-LEX-01)
RLV-LEX-01
RLV-LEX se llevó a cabo con éxito el 2 de abril de 2023 en el campo de pruebas aeronáuticas de Chitradurga . [50] El vuelo despegó a las 7:10 a.m. y fue lanzado en el aire a una distancia de 4,6 km. El vehículo aterrizó alrededor de las 7:40 a.m.
Los objetivos del vuelo de prueba incluyeron: [51]
Simulación de las condiciones exactas del aterrizaje de un vehículo de reingreso al espacio: aterrizaje preciso, autónomo, no tripulado y de alta velocidad desde la misma ruta de regreso.
Validar los parámetros de aterrizaje, como la velocidad relativa del suelo, la velocidad de hundimiento de los trenes de aterrizaje y las velocidades precisas del cuerpo, como las que podría experimentar un vehículo espacial de reentrada orbital en su trayectoria de regreso.
Después de completar con éxito la misión, S. Somanath , presidente de ISRO , dijo a los medios que actualmente están planeando realizar más pruebas de aterrizaje de este tipo para comprobar la preparación del software y el hardware en diferentes condiciones. La prueba reportada incluirá la caída del vehículo desde una altitud de aproximadamente 4,5 kilómetros y en una diferencia lateral tras la cual el vehículo deberá guiarse automáticamente para aterrizar. [52] La prueba se denominaría retroactivamente RLV-LEX-01.
RLV-LEX-02
Aterrizaje autónomo de precisión logrado con éxito en LEX-02 después de ser liberado desde una posición fuera de lo nominal.
Otro experimento de aterrizaje se llevó a cabo en el campo de pruebas aeronáuticas de Chitradurga el 22 de marzo de 2024. [53] El vehículo tuvo que corregir las desviaciones tanto de rango cruzado como de rango inferior antes de aterrizar de forma autónoma en la pista debido a las maniobras y dispersiones más difíciles del experimento. [54] El vehículo utilizó su sistema de dirección de rueda delantera , frenos del tren de aterrizaje y paracaídas de caída para ayudarlo a detenerse con precisión en la pista después de realizar las modificaciones requeridas en el rango transversal. El RLV-LEX-02 utilizó el mismo vehículo demostrador de vuelo que el RLV-LEX-01. El Centro del Sistema de Propulsión Líquida (LPSC), la Unidad de Sistemas Inerciales de ISRO (IISU), el Centro Espacial Vikram Sarabhai y la Fuerza Aérea de la India trabajaron junto con el Establecimiento de Desarrollo Aeronáutico (ADE), el Establecimiento de Investigación y Desarrollo de Entrega Aérea (ADRDE) y otras agencias. para completar la misión. [55] [56]
RLV-LEX-03
ISRO completó la preparación para el tercer y último experimento de aterrizaje del RLV, RLV-LEX-03. En la reunión de revisión de preparación de la misión del 7 de junio de 2024, S. Unnikrishnan Nair , director del Centro espacial Vikram Sarabhai , certificó la misión para la primera quincena de junio en el campo de pruebas aeronáuticas de Chitradurga , sujeta a las condiciones climáticas. A diferencia del LEX-02, donde la altitud era la misma pero la distancia lateral desde la pista era de 150 metros, Pushpak será volado por un helicóptero Chinook de la IAF a una altura de 4,5 kilómetros y 500 metros a un lado de la pista en LEX. -03 antes de ser liberado. El objetivo de la misión LEX-03 es investigar métodos para reducir la tasa de caída, o tasa de descenso, con el fin de disminuir el peso del impacto. Pushpak llevará un paquete de cinemática en tiempo real (RTK) a bordo. La prueba también determinará qué tan bien se desempeña Pushpak en escenarios con viento de cola. [57]
El nuevo paquete cinemático integrado en el LEX-03 mejoró la precisión de NavIC mediante la fusión de múltiples sensores, lo que permitió la corrección de errores en tiempo real para el aterrizaje autónomo.
La fecha de la prueba se trasladó al final de la segunda semana de junio debido a las malas condiciones meteorológicas. [58] La prueba se llevó a cabo con éxito el 23 de junio desde el campo de pruebas aeronáuticas de Chitradurga. Pushpak fue lanzado desde un helicóptero Chinook de la Fuerza Aérea India a una altitud de 4,5 km. [59]
Pushpak llevó a cabo automáticamente maniobras de corrección de alcance cruzado durante la misión LEX-03, se acercó a la pista y realizó un aterrizaje horizontal preciso en la línea central de la pista. El paracaídas de frenado del vehículo se utilizó para reducir la velocidad a casi 100 kmph después del aterrizaje, y luego se utilizaron los frenos del tren de aterrizaje para detener el vehículo y desacelerar en la pista. Pushpak utiliza su rueda de morro y su sistema de dirección del timón para mantener automáticamente un movimiento de tierra constante y preciso a lo largo de la pista durante esta fase de movimiento de tierra. [60]
La misión replicó las condiciones de aterrizaje a alta velocidad, así como la interfaz de aproximación y aterrizaje, para un vehículo que regresa del espacio. Validación del sofisticado sistema de guía que aborda las correcciones de errores en los planos lateral y longitudinal, necesario para el próximo experimento de vuelo de retorno orbital. El vehículo de prueba estaba equipado con un sistema pseudolite , sensor inercial , altímetro de radar , sistema de datos de aire y receptor NavIC , entre otros dispositivos de fusión multisensor. El RLV-LEX-03 demostró la robustez y adaptabilidad de los sistemas de vuelo para múltiples misiones al reutilizar el cuerpo alado y los sistemas de vuelo del LEX-02 sin modificaciones. [60]
Futuro
ISRO planea dos experimentos más: OREX (Experimento de vuelo de retorno orbital) y SPEX (Experimento de propulsión Scramjet). [11] [61] [62] El OREX se lanzará en un cohete GSLV con etapa PS-4 en lugar de sus etapas superiores CUS (debido al menor rendimiento a diferencia de un lanzamiento GSLV normal) y un vehículo de reentrada orbital (ORV) en su lugar. de su carenado de carga útil ojival y reingresar a la atmósfera terrestre para un aterrizaje que demuestre la viabilidad del proyecto. El vehículo OREX será 1,6 veces más grande que la plataforma Pushpak del Landing Experiment. Contará con tren de aterrizaje retráctil y un sistema de protección térmica para un reingreso seguro a la atmósfera terrestre. [57]
Galería
Fotos de RLV TD
RLV-TD HEX01, TDV en transporte
RLV-TD HEX01 en la primera plataforma de lanzamiento del Centro espacial Satish Dhawan, Sriharikota (SDSC SHAR) antes del lanzamiento 01
Lanzamiento de RLV-TD HEX01 desde la primera plataforma de lanzamiento del Centro espacial Satish Dhawan, Sriharikota (SDSC SHAR) 02
LEX-01 simulando los parámetros de aterrizaje del vehículo.
Aterrizaje autónomo inaugural del LEX-02.
Para mejorar la seguridad durante las maniobras de aterrizaje autónomas, el LEX-03 utilizó un nuevo paquete cinemático, navegación por satélite mejorada y fusión de múltiples sensores para la modificación de parámetros y corrección de errores en tiempo real.
Space Rider, un avión espacial robótico planeado por la ESA
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