X-33, la nave espacial que pudo revolucionar la conquista del espacio

A finales del siglo pasado la NASA comenzó a desarrollar un vehículo que, de seguir adelante, bien podría haber revolucionado el acceso al espacio. Hablamos, claro está, del X-33, un proyecto prácticamente olvidado por la mayoría y que sin embargo que se ha convertido en un auténtico mito de la historia de la astronáutica. Para muchos, el X-33 fue la gran oportunidad perdida, el último intento serio de crear un sistema de lanzamiento barato y reutilizable que hubiese podido revolucionar el acceso al espacio.

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X-33 (NASA).

Corrían los años 90 y la NASA se encontraba en pleno proceso de reestructuración. El transbordador espacial había resultado ser un fracaso comercial, así que la agencia seguía buscando un sistema de lanzamiento capaz de reducir el coste del acceso a la órbita baja. El administrador Dan Goldin había impuesto su política better, faster, cheaper según la cual se priorizaban los programas de bajo coste y limitada duración temporal frente a los complejos proyectos que tiempo atrás habían consumido el presupuesto de la agencia sin conseguir resultados visibles. En 1995 la NASA creó el programa RLV (Reusable Launch Vehicle) para desarrollar sistemas de lanzamiento reutilizables que pudiesen hacer lo que no había logrado el transbordador. Se esperaba que, con la ayuda de las tecnologías más avanzadas, el sueño de un vehículo totalmente reusable podría finalmente hacerse realidad.

Pero la NASA no quería repetir los errores del pasado y decidió desarrollar primero dos vehículos experimentales que permitieran madurar las tecnologías asociadas y comprobar su viabilidad. El primer proyecto que fue aprobado dentro del marco del programa RLV fue el X-34, un demostrador de lanzadera espacial no tripulada que debía despegar desde un avión convencional y situar hasta 450 kg de carga útil en órbita baja. El X-34 era un sistema TSTO (Two Stages To Orbit), es decir, que estaba formado por dos etapas -el avión y el propio X-34- totalmente reutilizables. Los sistemas TSTO siempre han sido considerados como uno de los métodos de acceso al espacio más prometedores. Pero el verdadero Santo Grial de la astronáutica eran los sistemas SSTO (Single Stage To Orbit), lanzadores capaces de alcanzar el espacio con una única etapa. Un sistema SSTO reutilizable siempre ha sido el sueño húmedo de cualquier ingeniero aeroespacial. Con el fin de crear un sistema de este tipo, la NASA puso en marcha el programa X-33. El objetivo era reducir el coste del acceso al espacio en un orden de magnitud, nada más y nada menos.

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El VentureStar, versión operativa del X-33 (NASA).

En busca de la quimera del SSTO

La ecuación de Tsiolkovsky nos dice que un cohete podrá aumentar su carga útil de forma dramática si está formado por varias etapas o fases que se desprenden a medida que el vector asciende hacia la órbita. Durante décadas se consideró que un sistema SSTO era simplemente una fantasía por culpa de las limitaciones de las técnicas de construcción y los sistemas de propulsión. Un cohete convencional SSTO con una carga útil normal sería un monstruo que pesaría al lanzamiento miles y miles de toneladas. Por lo tanto, para hacer posible un vector de este tipo deberíamos desarrollar nuevos métodos de propulsión más eficientes y técnicas de construcción avanzadas que aligeren la estructura del cohete. Esto ya es complicado de por sí, pero si además queremos, como la NASA, que el sistema sea reutilizable, los desafíos tecnológicos a los que nos enfrentamos son simplemente apabullantes.

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Propuesta de McDonnell Douglas para el X-33 (NASA).

El X-33 no era por tanto un vehículo espacial operativo, sino un prototipo suborbital con el que se demostrarían las tecnologías asociadas a los sistemas SSTO. Tres empresas demostraron interés en el X-33. McDonnell Douglas propuso una nave que básicamente era un cohete reutilizable de despegue vertical capaz de aterrizar también verticalmente después de poner en órbita su carga y regresar a la Tierra. El vehículo estaría basado en el famoso demostrador Delta Clipper de aterrizaje vertical que tantos titulares había acaparado por entonces. La segunda empresa en liza era Rockwell, quien participó con un diseño basado en el del transbordador espacial -construido por esta compañía-. Rockwell proponía un cohete alado que despegaría verticalmente y aterrizaría planeando en una pista convencional. El aterrizaje similar al del shuttle permitía reducir la cantidad de combustible que llevaría el vehículo, pero a cambio había que cargar con el peso muerto de las alas hasta la órbita.

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Propuesta de Rockwell para el X-33 (NASA).

Pero la propuesta más revolucionaria fue la de Lockheed Martin. Con el objetivo de alcanzar un compromiso entre la forma de cohete tradicional propuesta por McDonnell Douglas y el diseño de lanzadera de Rockwell, Lockheed Martin apostó por un término medio. Su X-33 tendría forma de cuerpo sustentador con unas alas muy pequeñas. Sería el propio fuselaje de la nave el que generaría la sustentación necesaria para permitir el planeo del vehículo. De esta forma se prescindía de las molestas alas, aunque a cambio los tanques de combustible debían adaptarse ahora a la compleja forma de la nave. Como veremos, este requisito sería uno de los defectos que terminó por condenar al programa.

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Propuestas para el X-33. De izqda. a dcha.: Lokheed Martin, Rockwell y McDonnell Douglas (NASA).

Pero además de la forma de la nave, Lockheed Martin decidió incorporar un novedoso sistema de propulsión. En vez de usar motores con toberas convencionales, su X-33 tendría un motor de tipo aerospike. Este tipo de motor permite solucionar otro de los típicos problemas de un sistema SSTO, que no es otro que el de la eficiencia a diferentes alturas. Y es que los motores cohetes deben estar optimizados a la altura en la que operan para sacarles el máximo rendimiento. En la mayoría de casos esto no suele ser un problema porque los motores están situados en etapas que solamente funcionan durante un rango de presiones atmosféricas determinado. Sin embargo, en un sistema SSTO los motores deben funcionar desde el nivel del mar hasta el vacío de la órbita baja. Una solución es liarse la manta a la cabeza y seguir adelante de todos modos, eligiendo un motor con un diseño de tobera determinado, aún sabiendo de que será poco eficiente en la mayoría de fases del lanzamiento. Otra es elegir un sistema que mantenga su eficiencia casi independientemente de la altura, como es el caso del aerospike.

El aerospike es básicamente una tobera ‘al revés’ formada por dos rampas opuestas, de tal forma que los gases del motor no se expanden o se comprimen en exceso, manteniendo por tanto la máxima eficiencia -que en los motores se mide en impulso específico (Isp)- a cualquier altura. El concepto aerospike ya era por entonces muy antiguo, pero nunca antes se había propuesto su uso en un sistema operativo. Como propergoles Lockheed decidió emplear, al igual que Rockwell y McDonnell Douglas, oxígeno e hidrógeno líquidos. Estos combustibles criogénicos son los más eficientes -proporcionan mayor Isp- en servicio y además no son tóxicos, pero lidiar con el hidrógeno líquido no es fácil. Este elemento es el más ligero y ocupa un volumen enorme, aumentando sobremanera el tamaño de los tanques. Además tiene la fea costumbre de colarse por las conducciones y quebrar los metales con los que entra en contacto. Pero este es el precio que hay que pagar por alcanzar el nirvana del SSTO.

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Motor aerospike del X-33 durante las pruebas (NASA).

En julio de 1996 la NASA anunció el ganador del programa X-33 en una ceremonia pública presentada por Al Gore. La división Skunkworks de Lockheed Martin, famosa por sus diseños de aviones militares, se hizo con el contrato. El propio Dan Goldin declaró que, de las tres propuestas, la de Lockheed Martin era la más ambiciosa y la que conllevaba mayores desafíos técnicos.

El X-33, del mito a la realidad del VentureStar

El X-33 era un prototipo, pero la NASA y la propia Lockheed Martin quería que sirviese como base para crear una nave espacial operativa. Esta nave, también no tripulada, recibió el nombre de VentureStar -sí, todo junto- desde un primer momento. En un principio se especuló que el X-33 debía tener el 53% del tamaño final del VentureStar, que sí sería un sistema SSTO ‘de verdad’. Lamentablemente, el VentureStar tendría una capacidad de carga en órbita baja muy reducida, de entre 5 y 20 toneladas. Esta última cifra se introdujo simplemente porque se trataba de la capacidad efectiva del transbordador y por tanto era un requisito implícito para cualquier vehículo que pretendiese sustituirlo, pero lo cierto es que nadie en Lockheed pensaba que era posible alcanzar semejante número, ni de lejos. Y es que lo malo de un sistema SSTO, no importa lo avanzado que sea, es su limitada capacidad de carga. Sólo la perspectiva de la reutilización puede hacer que valga la pena comercialmente.

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De izqda. a dcha: el X-33, el VentureStar y el transbordador espacial (NASA).
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Comparativa entre el VentureStar y el X-33 (NASA).

El X-33 nunca fue diseñado para viajar al espacio, pero debía ser capaz de alcanzar una velocidad de Mach 13,8 (unos 17000 km/h) y una altura de unos 75 kilómetros. El diseño de cuerpo sustentador del X-33 hundía sus raíces en la propuesta de transbordador Star Clipper de Lockheed de los años 60, pero era mucho más complejo que el de su antecesor. Para lograr un sistema SSTO, Lockheed sabía que la forma de cuerpo sustentador y el aerospike no serían suficientes, así que decidió aligerar dramáticamente la estructura del vehículo usando materiales compuestos (grafito-epoxi). Esto en sí ya era una novedad, pero la sorpresa fue mayúscula cuando la empresa anunció su intención de fabricar los dos tanques de hidrógeno con este material. Como se menciona más arriba, el empleo de hidrógeno obliga a usar tanques enormes que lógicamente contribuyen a aumentar el peso de la nave. Los materiales compuestos nos permiten reducir el peso de estos tanques, pero al mismo tiempo introducen una serie de dificultades, comenzando por la tendencia de estos materiales a volverse quebradizos a muy bajas temperaturas. Y si por algo se caracteriza el hidrógeno líquido es por el frío (-253º C). De hecho, muchos ingenieros del programa se mostraron frontalmente opuestos a esta decisión, que complicaba un programa ya de por sí increíblemente ambicioso. El tiempo terminaría dándoles la razón.

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Lockheed Star Clipper de los años 60 (NASA).

Pero eso no era todo. La compleja forma de cuerpo sustentador obligaba a que los tanques de hidrógeno y el de oxígeno -construido en una aleación tradicional de litio y aluminio- tuviesen un diseño enrevesado formado por varios lóbulos unidos entre sí, lo que dificultó aún más el proceso de construcción. Por culpa de este requisito, los tanques de hidrógeno pronto superaron la masa esperada, ya que las juntas de los lóbulos tuvieron que ser reforzadas más allá de lo planeado en un primer instante.

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Diseño interno del X-33 (NASA).
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Uno de los tanques de hidrógeno del X-33 (NASA).
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El tanque de oxígeno líquido (NASA).

Y, por su no fuera suficiente, el X-33 contaría con un nuevo sistema de protección de la temperatura durante la reentrada (TPS) formado por 1241 láminas metálicas. Estas placas serían reutilizables y requerían muy poco mantenimiento después de cada vuelo comparadas con las losetas cerámicas del transbordador. Eso sí, en el morro y en los bordes de ataque se usarían paneles de carbono-carbono, mientras que en la parte superior irían mantas térmicas, al igual que en el shuttle. El sistema de control de la orientación (RCS) también era nuevo y debía usar metano y oxígeno líquido en vez de los tradicionales y tóxicos propergoles hipergólicos. El diseño preliminar del X-33 se finalizó en diciembre de 1996 y el diseño final en octubre de 1997.

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Sistema TPS del X-33 (NASA).
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Sistema TPS del X-33 (NASA).
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Sistema TPS del X-33 (NASA).

Según el diseño final, el X-33 era un vehículo de 20,7 metros de largo, 9,37 metros de alto y 23,1 metros de ancho. Tenía una masa al lanzamiento de 131 toneladas (34 toneladas en seco) y cargaba 13,6 toneladas de hidrógeno líquido y 81,7 toneladas de oxígeno líquido. El sistema de propulsión consistía en un motor aerospike XRS-2200 de 181 toneladas de empuje a nivel del mar (226 toneladas en el vacío). Había sido construido por Rocketdyne y estaba formado en realidad por dos motores J-2S modificados que expulsaban sus gases a través de diez celdas de combustión -cinco por cada rampa del aerospike-. El impulso específico al nivel del mar era de 340,3 segundos, mientras que alcanzaba 429,3 s en el vacío. El tren de aterrizaje era una versión del tren de un caza F-15E.

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Dimensiones del X-33 (NASA).
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Aerospike del X-33 (NASA).
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Características del X-33 (NASA).

El centro de lanzamiento se denominó FOC (Flight Operations Center). Comenzó a construirse en la Base de Edwards en noviembre de 1997 y se terminó en diciembre de 1998. El X-33 era capaz de ser lanzado con un alto grado de automatización, un sistema que debía haber heredado el VentureStar. En febrero de 1998 se finalizó el tanque de oxígeno y en octubre comenzaron las pruebas de prototipos aerospike usando un avión SR-71. Ese mismo año se probaron algunas láminas del sistema TPS en vuelo supersónico a bordo de un F-15B. En febrero de 1999 se ensamblaron los problemáticos tanques de hidrógeno, pero en noviembre aparecieron numerosas grietas en uno de los tanques durante una de las pruebas al llenarse con hidrógeno líquido. Las voces críticas contra los tanques de materiales compuestos volvieron a dejarse oír y en diciembre se tomó la decisión de emplear tanques metálicos de litio y aluminio, no sin antes haber perdido un precioso tiempo de desarrollo y haber gastado millones de dólares en la construcción de estos tanques de materiales compuestos.

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Un avión SR-71 con el prototipo LASRE de motor aerospike (NASA).
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FOC, el centro de lanzamiento del X-33 en Edwards (NASA).
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Operaciones del X-333 en el FOC de cara a un lanzamiento (NASA).

El añadido de tanques metálicos de hidrógeno aumentó una vez más el peso del X-33, que no paraba de engordar cual lechón bien criado. Ya entonces muchos creían que sin tanques de materiales compuestos el VentureStar nunca alcanzaría la órbita (o lo haría con una carga ridícula), pero ese problema era mejor dejarlo para más tarde. Para septiembre de 2000 el 95% de los componentes del X-33 estaban finalizados y el ensamblaje del primer prototipo se había completado en un 75%. En diciembre comenzarían las pruebas de encendido del aerospike en Stennis, aunque para entonces se había decidido cambiar los materiales de la rampa del motor por otros más pesados, y eso que la masa del motor ya era muy superior a la originalmente planeada. El pequeño X-33 seguía engordando.

Estaban planeados quince vuelos suborbitales dentro del programa. Los tres primeros servirían para demostrar las características básicas del sistema y los tres siguientes tenían por objetivo demostrar la capacidad del X-33 para realizar dos lanzamientos en menos de una semana. El séptimo buscaría los límites aerodinámicos del vehículo. En estos vuelos el X-33 despegaría desde Edwards y aterrizaría en la base Michael Army Airfield de Dugway, Utah, alcanzando una velocidad de Mach 11, una altura máxima de 50 kilómetros y tras recorrer 724 kilómetros. Los últimos ocho vuelos de prueba aterrizarían en la base aérea de Malmstrom, Montana, y en ellos el X-33 alcanzaría Mach 13,8 y 76 kilómetros de altura. La fase propulsiva del aerospike duraría unos tres minutos durante las pruebas.

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Perfil de los vuelos suborbitales de pruebas del X-33 (NASA).

Pero el programa no duró mucho más. Aunque Lockheed Martin presionó para que la NASA continuase financiando el X-33, los sobrecostes y las numerosas dificultades técnicas provocaron el rechazo de una agencia espacial que había cambiado desde aquel año 1996 en el que fue aprobado el programa. En marzo de 2001 el X-33 fue cancelado de forma oficial sin haber logrado despegar de la rampa.

A pesar de la cancelación, Lockheed Martin siguió promocionando su VentureStar con la esperanza de que la Fuerza Aérea financiase el programa. Por entonces el diseño del VentureStar se había apartado considerablemente del X-33 a raíz de los problemas surgidos durante el desarrollo de este prototipo. Algunos ingenieros involucrados en el programa señalan que el diseño final era más parecido al Delta Clipper DC-X de McDonnell Douglas que al X-33 original. Es decir, habría sido un cohete de aterrizaje y despegue vertical en vez de un cuerpo sustentador.

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El X-33 despegando (NASA).

¿Podría el X-33 haber cambiado el curso de la historia? A pesar del aura mítica que rodea al proyecto en la actualidad, el X-33 arrastraba demasiados problemas técnicos para crear a partir de él un sistema reutilizable y rentable a corto plazo. El X-33 jugó con demasiadas tecnologías radicalmente nuevas al mismo tiempo, más de las que pudo digerir. A esto debemos añadir la poca capacidad de carga que habría tenido el VenturStar de serie, lo que habría limitado enormemente su efectividad para lanzamientos a la órbita geoestacionaria. Y no olvidemos que el negocio está principalmente en este tipo de satélites.

No obstante, gracias al X-33 se dio un nuevo impulso a nuevas tecnologías aeroespaciales, como el TPS metálico o el aerospike. Lamentablemente, todas los avances en este campo fueron rápidamente olvidados y no parece que nadie tenga interés en resucitarlos de nuevo. Es muy posible que, con la financiación y el apoyo político adecuados, el X-33 y el VentureStar hubieran visto la luz. Otro asunto muy distinto es que hubieran sido tan revolucionarios como prometían. Al fin al cabo el transbordador espacial también debía haber abaratado el acceso a la órbita baja y nunca consiguió su objetivo. Sea como sea, el X-33 permanece como un auténtico monumento a ese mito de la astronáutica que son los sistemas SSTO. Puede que algún día logremos crear uno al fin.

Referencias:


56 Comentarios

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BarloperplejoBarloperplejo

Una curiosidad, en una de las diapositivas se le llama en inglés “barlovento” a la superficie de ataque de la nave en la reentrada (y “sotavento” a la otra, claro), no dejando de tener sentido, se me hace… desquiciado el uso para “vientos” de semejante velocidad. ¿Esto fue una salida de pata de banco del proyecto o es que realmente este término se emplea en ingeniería aeroespacial en este contexto (más que nada porque realmente, no es “viento”)?

Daniel Marín

Bueno, es una forma de hablar para indicar la dirección durante la reentrada. No es muy usual, pero sí que lo he visto de vez en cuando.

Enrique Moreno

Bueno, en mecánica de fluidos utilizamos los conceptos “aguas arriba” y “aguas abajo”, aunque no sea agua (ni siquiera líquido) lo que fluye por las tuberías y en aerodinámica si que se emplea sotavento y barlovento (al menos en aerodinámica de ingeniería civil que es la que conozco).

Saludos.

BarloperplejoBarloperplejo

Sí, sí, lo sé, y hasta en geografía, geología y naturalmente biología (hay seres vivos que prosperan a barlovento y ambas viceversas). Lo que se me hacía chocante es el buscar un paralelismo. Técnicamente no es viento (además la velocidad del viento sería irrelevante xD), porque *toda* la inercia está en el vehículo, además, es que es ***inercia***, mucha del carajo de la vela, nunca mejor dicho… La acción del viento por demás no suele producir plasma en cantidades espectaculares, también por decir algo.

También se ha definido la esfericidad de un planeta como “equilibrio hidrostático” (ni hay agua ni siquiera fluido), cuando sería más propio “mínimo gradiente de superficie equipotencial”. Menos mal que semos científicos…

PelauPelau

Estoy contigo, pero qué le vamos a hacer. Luchar contra las “etiquetas” es una guerra perdida. Tienen su propia “inercia”. La que “pega” primero se queda.

Sin necesidad de irnos por las ramas, ahí nomás, en el tronco de la Física, tenemos la “fuerza” centrífuga. Es útil pensar en ella como una fuerza, pero (otra vez) no es más que inercia.

Saludos.

PD: La costumbre de saludar es otro ejemplo de “inercia”. Semos humanos 🙂

argieargie

Otro ejemplo es que en Spain se habla de los “ordenadores”, cuando ya realmente su función original de “ordenar” está un poco superada. En este sentido los latinoamericanos me parecen más correctos al hablar de “la computadora”, porque es cierto que “computan”, y porque el pronombre “la” hace referencia a la naturaleza incierta, cambiante, y del comportamiento a menudo indescifrable de estos dispositivos 🙂 (LOL).

carloscarlos

Wooow gracias Daniel por esta entrada este hubiese sido realmente un sistema revolucionario? creo que nunca lo sabremos pero pretendía muchas cosas que eran muy interesantes como la reutilización tan solo tras una breve impacción y a en unos cuantos días abría sido genial ver este vehículo acoplado a la ISS

Jerson SelingJerson Seling

Será que com a tecnologia atual de impressão 3D seria possível criar esses tanques de materiais compostos?

Abraços

TxemaryTxemary

mmm no o creo, el problema por lo que se, era el material en sí y no su ensamblaje, es posible que con los materiales compuestos de hoy en día + la impresión 3D, sí que se pudiese alcanzar el objetivo, pero claro, son dos incógnitas difíciles para cualquier proyecto.

RuneRune

Lo que mató a los tanques compuestos del X-33 fueron las juntas, básicamente. Los materiales compuestos suelen tener ese problema, que cuando haces agujeros para pasar remaches aparecen grietas mucho más fácilmente que en metales (los compuestos son más quebradizos). Eso se puede arreglar… doblando la cantidad de material en cualquier zona en la que haya que unir piezas.

¿Que pasó? Pues que el diseño geométrico de los tanques era tan complicado (mira las fotos) que los tanques compuestos con sus refuerzos en las “costuras” acabaron siendo más pesados que unos metálicos equivalentes: en las partes “lisas” el compuesto era más ligero, pero no había suficientes porcentaje de superficie sin juntas.

Si se pudiera imprimir en 3D en materiales compuestos… pues igual solucionas el problema de las juntas al reducir el número de piezas (me gustaría ver el tamaño de la impresora para sacar un tanque entero, eso si). Pero no se puede imprimir en 3D en la actualidad materiales compuestos, sólo metales….

Que oye, aún así los problemas de los tanques se solucionaron más o menos, pero partir tanques en pruebas antes de solucionarlo (entre otras cosas) les costó tanto capital político que fué demasiado tarde: el programa se canceló poco después.

Claro está, después de haber se pasado por la piedra al programa DC-X, uno que sí que tenía muchos más visos de realidad, con objetivos más realizables, una tecnología más madura, y en general, pensado con mucha más cabeza. Pero no era el proyecto criado en la NASA, y de hecho que la idea principal del DC-X se le ocurriera a un escritor de sci-fi (Keep It Simple, Stupid!) tampoco sentaba muy bien en la NASA. Así que cuando la Air Force les pasó el programa, y competía con el X-33 “hecho en casa”, pues perdimos el programa de SSTO que más visos tenía de convertirse en realidad, y eso sí que fue un lástima.

Pedro

Hum, ¿no hubiera sido más sensato poner la carga en la punta? Creo que así se hubieran ahorrado buena parte de los problemas de esa compleja estructura de tanques de combustible. Claro que imagino que se hubieran encontrado con problemas con el centro de masas…

RuneRune

Lo más sensato hubiera sido utilizar cualquiera de los otros dos conceptos, o el muy similar Delta Clipper. Sonaban más aburridos y parecían más cohetes convencionales, pero eso es por una cosa: eran lo que eran, cohetes de una sola etapa. Y los cohetes, por mucho que nos pese, no necesitan saber planear ni tener una sexy forma en delta: pueden posarse mucho más sencillamente de la misma forma que despegaron.

Para responder de forma más directa a tu pregunta, la complicada forma de los tanques deriva principalmente de la forma externa del vehículo, que se deriva a su vez del requerimiento de que sea un cuerpo sustentador. Y toda esa complicación para ahorrarse los ~100-200m/s de un aterrizaje vertical controlado por ordenador.

Todo ello unido al requisito compartido por todos los lanzadores que usan H2/LOX de que el tanque de LOX esté encima del de H2 durante el lanzamiento por motivos de densidades relativas y centro de masas, como dices, pero eso no es el principal problema, el principal problema es construir un tanque criogénico de hidrógeno líquido con forma de ala y una fracción de peso inferior al 5% del peso al despegue del vehículo. Hoy en día SpaceX consigue algo parecido (5% de fracción de peso) en su primera etapa del Falcon, por cierto: un simple cilindro sin protección termal y usando keroseno de alta densidad que no necesita aislamiento térmico.

TojeiroTojeiro

Parece que ya están en ello:
http://www.designnews.com/author.asp...c_id=273505

Otro posible beneficiario de la impresión 3d seria el aerospike , a día de hoy SpaceX ya usa la impresión 3D para los SuperDraco:

http://3dprinterplans.info/spacex-dr...et-engines/

Uno de los grandes problemas de la industria espacial es que suelen necesitar crear estructuras muy grandes a base de fresar piezas de metal monstruosas. Realizaras (las que menos carga sustenten) en 3D para después solo fresar la superficie puede ahorrar mucho tiempo y dinero en el diseño ademas de dar pie a estructuras imposibles de crear con las técnicas actuales.

TojeiroTojeiro

Parece que la impresión 3D a llegado para quedarse:

http://www.3ders.org/articles/201406...launch.html

Próximo paso, cuando estemos en algún punto de Lagrange poder reciclar metales y plásticos con este tipo de técnicas (pulverización-extrusión y posterior impresión de nuevas estructuras ). Queda mucho pero mucho, pero entiendo que será mas viable que crear altos hornos en el espacio (un tema que también me apasiona, como crear un horno de arco voltaico manteniendo el metal en su sitio con campos magnéticos).

GaizkaGaizka

Imaginate fundir unas toneladas de hierro, dejar que formase una esfera, e inyectar agua en su interior para que hiciese una burbuja metalica hermetica varias veces mas grande.

La hacemos girar y …

darkdeaddarkdead

Las impresoras 3d actuales son para lo que son solo sirven para ciertos ambitos y nunca superaran a tecnicas como la inyecion de plastico tanto en vacio como atmosferica en moldes en el futuro con otros materiles y a escala atomica pude que sean una alternativa ahora no.
Encima el problema es las temperaturas que ante cuelquier impuereza /imperfecion en los materiales estos se agrietan se soluciona como todo engordando las paredes pero como el peso prima no encontramos ante un problema muy muy dificil de solucionar.

PelauPelau

Creo que el principal problema de los tanques fue que en aquel entonces se carecía de los materiales apropiados. Ahora contamos con grafeno y aerogel de grafeno:

http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene
http://es.wikipedia.org/wiki/Aerogel
http://aerografeno.org/

Se me ocurre una posible solución. De adentro hacia afuera:

1) Una capa de grafeno que oficie como impermeable. La nano malla del grafeno es tan fina que el hidrógeno líquido no puede atravesarla.

2) Una capa de aerogel que oficie como aislante térmico. El aerogel queda aislado del hidrógeno por la capa previa de grafeno.

3) El tanque propiamente dicho (rígido, las capas previas no lo son) hecho de composites. Ahora estaría mejor aislado térmicamente gracias a la capa previa de aerogel. Sería menos quebradizo, podría ser más delgado y liviano.

Obviamente esto no es más que una idea. Desconozco las dificultades técnicas implicadas, ni siquiera sé si sería factible con la tecnología actual, por no mencionar si sería costeable.

Saludos.

VipondiuVipondiu

Magnífica entrada, no sabía que se llegaran a fabricar prototipos de los tanques…

PD: Solo una errata; la temperatura del hidrogeno liquido es -253 ºC, la del nitrogeno es -196

Marcos BuchinMarcos Buchin

“no sabía que se llegaran” es correcto, en cambio * de que “se hubieran llegado” un dequeísmo

VipondiuVipondiu

Vaya, lo que quería era matizar que “no sabía QUE EN SU MOMENTO se llegaran a” no de que “NORMALMENTE se lleguen a” por eso pensaba que me había equivocado…Grácias igualmente

PD: Soy de números 🙂

J.DiazJ.Diaz

No conocia esta configuracion de motor, pero… ¿No seria muy agresiva para el fuselaje? La toberas “tradicionales” alejan el flujo del fuselaje, mientras que un motor asi deberia montares fuera de el, ¿no? Es interesante la fisica de deflector para desviar las “lamas”, pero me intriga como se solventaria el montaje para que no realentara el fuselaje cercano.

J.Diaz (42)

ElmonstreElmonstre

No recuerdo si es en “El código DaVinci” o en “Ángeles y demonios” de Dan Brown, pero al principio del libro Robert Langdon viaja en un X33… XD

TxemaryTxemary

“El propio Dan Goldin declaró que, de las tres propuestas, la de Lockheed Martin era la más ambiciosa y la que conllevaba mayores desafíos técnicos”

Con sus dos coj… narices, luego sale mal (era obvio que podía pasar con la opción más arriesgada) y les corto la financiación, ale millones por el retrete!!!!

Enrique Moreno

Cuando era estudiante de ingeniería recuerdo que me dieron un consejo: “Innova, pero no demasiado”. Creo que era un buen consejo. Con este proyecto quisieron lograr en un solo paso algo que hubiera requerido de varias evoluciones en condiciones normales.

Saludos.

JorgeJorge

Pero ¿realmente son viables este tipo de naves de una sola etapa utilizando propulsión química?
Porque, si he entendido bien, en esencia el X-33 es un cohete de una sola etapa con un motor de hidrógeno-oxígeno… y por tanto se le aplican los rigores de la ecuación de Tsiolkovsky.
La rentabilidad en términos de reducción de costes vendría de la mano de la reutilización, de que pueda aterrizar de forma horizontal, pero mientras tenga que llevar consigo combustible y comburente no hay nada que hacer. Si al menos aprovechase el oxígeno atmosférico para una parte del trayecto, pues aún. Pero no es el caso del X-33.

Daniel Marín

Pues esa es la gran pregunta. Nadie lo sabe. Un sistema SSTO reutilizable es tremendamente caro y no sabemos si sería rentable. Por eso fue una lástima la pérdida de un proyecto de estas características.

RaúlRaúl

Un sistema SSTO es, estoy de acuerdo, una chulada. Pero pensemos seriamente. Una de las cosas que caracteriza a la ingeniería en cualquiera de sus ramas es la búsqueda de la eficiencia. La ingeniería es, en cierto modo, ciencia + economía. Y por mucho que se mejore un SSTO, inherentemente, es menos económico y eficiente que un sistema por etapas. Si lo que queremos es reutilizar, quizá sea más sencillo hacer un cohete por etapas con partes reutilizables, algo similar a lo que hacían los cohetes de combustible sólido de Transbordador Espacial.

GinésGinés

Un sistema SSTO basado en propulsión química no tiene sentido salvo improbable revolución tecnológica (quizás hidrógeno metálico o quizás un scramjet). Si alguna vez llegamos a ver un sistema SSTO, lo más probable es que esté basado en energía nuclear.
Los ISPs de la propulsión química, incluso la criogénica de Hidrógeno, son simplemente demasiado bajos.

TojeiroTojeiro

Si la excusa para los SSTO es la rentabilidad, temo decir que prácticamente cualquier tecnología que se le aplica a el podría aplicarsele igualmente a un vector por etapas reutilizables. Si es por comodidad de tenerlo todo-en-uno es otra cosa, pero en costes siempre será mas barato y eficiente las etapas (reutilizables o no).

PelauPelau

Has dado en el clavo, Jorge.

El X-33 era un tanque de combustible volador. El concepto SSTO de despegue vertical funciona sólo en Hollywood. Por ese lado al Skylon lo veo bien encaminado, es un SSTO de despegue y aterrizaje horizontales.

Pero para mí el concepto “100% reutilizable + buena carga útil” en base a propulsión química pasa por TSTO:

Primera etapa: un avión nodriza supersónico y estratosférico (propulsión turbojet + scramjet).

Segunda etapa: un transbordador lifting body (propulsión cohete) montado a espaldas de la primera etapa.

¿Es TAN difícil? Lo pregunto en serio. Es que no logro entender por qué la NASA se apartó del buen camino: el X-34.

Saludos.

kosmos224

Hay un proyecto parecido al Skylon que fue contemplado por los nazis en 1944: el bombardero orbital Sänger. Por supuesto en aquel entonces la tecnología disponible para llevarlo a buen puerto no existía. Mi duda es ¿Se podría hoy en día hacer algo como el Sänger? Despegaría de una rampa horizontal que progresivamente se iría inclinando durante 4 km hasta quedar casi en vertical y lanzar el vehículo, con un motor cohete. Aunque aquí ya no hablaríamos de un SST puro, ya que los cohetes si mal no recuerdo eran desechables.

PelauPelau

Sí, conozco los trabajos de Eugen Sänger. El hombre fue un adelantado. Su primer concepto del Silbervogel data de los años 30.

Pero más interesante (para mí) fue su proyecto Junkers RT-8, un TSTO alemán en toda regla concebido en los años 60 (dos décadas antes que el británico HOTOL del cual deriva el Skylon).

Mira el enlace que puso Daniel en su respuesta al comentario de Ginés y luego échale una ojeada a los enlaces que Miguel BCN y yo posteamos en nuestros comentarios de esta entrada:
http://danielmarin.naukas.com/2014/0...el-espacio/

Medio siglo después del concepto Junkers RT-8 seguimos sin tener un TSTO que funcione en serio.

Y ocho décadas después del primer concepto Silbervogel el mejorcito SSTO que tenemos es el Skylon, que por ahora no pasa de ser una promesa.

De ahí mi pregunta: ¿Es TAN difícil? Evidentemente lo es, sólo estoy expresando mi frustración.

Saludos.

VIMARAVIMARA

Ha estado interesante.

De todos modos yo creo que la empresa sacó bastante información sobre nuevos materiales que si bien no le sirvieron para hacer esa nave y que despegase, seguramente le habrán servido para otras cosas y financiado por la nasa.

JoaquínJoaquín

!Vaya¡Parece que la secuencia de la película 2001 en la que vemos una especie de nave con alas atrancado en una enorme estación espacial tardará en hacerse realidad. Cada vea estoy más de acuerdo con Luís Ruíz de Gopeguí que en su libro “Hombres en el espacio” dice que la llegada del hombre a la Luna se adelantó 50 años a su época.Yo creo que la tradicional propulsión quimica para los cohetes está llegando al limite de su desarrollo y habrá que inventar algo nuevo para que salga relativamente barato llegar al espacio a no ser que fabriquemos cohetes como salchichas y bajé el precio por unidad como por ejemplo pasa con los coches.Y riesgo de parecer reiterativo felicitar a Dani por su magnifico artículo.

AdeptoAdepto

Lo increíble es esta idea de crear una vehículo SSTO directamente para utilización con carga extra, y no optar por un prototipo inicial ligero y sin carga para testear la tecnología, es decir hicieron un camión con acoplado antes que un auto.

ManuelManuel

Esto se soluciona de un plumazo (modo vacile on) 🙂

Nos vamos a Chile y montamos una rampa desde el mar hasta los Andes donde situar el vehículo de una sola etapa. En su recorrido por la rampa la nave se acelera con impulsto electromagnético y a la salida ya ha alcanzado casi la estratosfera a una velocidad muy respetable, con lo que necesita mucho menos combustible para completar la maniobra de puesta en órbita.

Para mayor eficiencia (quizá a un gran coste de ingeniería) la rampa puede ser cerrada y someterla a vacío.

Peazo de obrón, pero todavía sería más barato que el ascensor orbital.

metzmetz

Pues ahí está el Maglifter, o su versión bestia, el StarTram, con una rampa de 1000 km de longitud a una altura de 21 kilometros (!)

rseferino

Al menos vi una linea al Lockheed Star Clipper, es si hubiera revolucionado la conquista del espacio, en lugar del elefante blanco del Shuttle que represento un tercio de siglo de atraso en tecnología espacial. La solución de una etapa y media era mas elegante que el callejón sin salida tecnológico (al menos por ahora) del SSTO. Un total disparate la idea de siempre querer mandar carga y tripulación en el mismo vuelo, como si un concesionario uno quiere comprar un auto de 4 puertas y lo único que te quieren vender sean casas rodantes o camiones…

Carlos TCarlos T

Daniel, ¿y el Skylon, lo ves como un sistema que pueda funcionar? Pregunto, porque aparentemente, segun se puede leer en su web, este sistema recoje lo bueno de un SSTO, sin las dificultades. ¿Podrias poner negro sobre blanco de esta propuesta y darnos tu opinión bien fundada (aunque hasta que no se pruebe de verdad no podremos estar seguros)?

Saludos

Daniel Marín

El Skylon tiene muchos de los defectos de cualquier SSTO, pero su punto fuerte y débil son sus motores. Todo depende de ellos. La semana que viene hablaremos del Skylon 😉

SuzudoSuzudo

En otro hilo comenté como es que no se hacía un sistema muy medido en capacidad y diseño a la masa a lanzar para evitar derroches. Que usara una o varias fases de combustible sólido (tipo Ares I, o Liberty o el Vega -que reduce mucho el motor superior con tres fases de sólido-) reutilizables y una o varias fases superiores lo más reutilizables posibles -tal vez una reutilizable y otra descartable o una totalmente reutilizable y única o a saber- siguiendo los intentos de SpaceX. Pero una fase reutilizable tipo SpaceX necesita combustible y oxidante de frenado y maniobra que aumenta la masa, tal vez sea un problema serio.

El motor sabre del slylon, en cambio, puede obtener oxidante de la atmósfera en parte del trayecto reduciendo la masa

El artículo sobre FireFly con un aetrostrike inferior circular en lugar de uno lineal, me hizo recordar la propuesta de un sistema totalmente reutilizable que hizo McDonnel Douglas en 1967: El sistema de transporte intercontinental por cohete Pegasus presentado entonces por Phil Bono que se proponía para ir a una estación espacial astronautas y volver a la Tierra y cuyo diseño contaba con un aerostrike circular, patas y supongo -no lo se- que cohetes campana en la zona libre inferior con los que hacer maniobras tipo los falcon de prueba de spaceX

Uno o varias fases reutilizables de combustible sólido usarían aire como oxidante y lanzarían la fase superior a buena velocidad

¿se podría combinar el aerostrike circular a la vez con un ramjet tipo parte exterior del sabre con una toma de aire circular exterior para una fase superior? Usando oxidante del aire en lo posible y a la vez encendiendo uno sí y uno no de las toberas del aerostrike tomando óxigeno líquido estas o bien dos no y una sí o todas y así combinar impulso bajando masa de combustible más motores de campana normales (queroseno y oxígeno líquido o lo que fuera mejor) en la parte inferior para frenar, aterrizar (combinando con paracaídas como los que trabaja la NASA para su sistema con escudo hinchable) o dar mayor impulso de salida?

¿Es demasiada loca esta idea?

JosePzJosePz

Genial artículo Daniel 😉
Lo que no termino de entender del X33 es que parece que subía a la órbita como un cohete, sin usar sustentación aerodinámica para ayudarse… Si tengo razón, los motores Aerospike me parecen un exceso. Si no tengo razón, la cobertura térmica de la nave me resulta demasiado endeble…
Un saludo

Enrique Moreno

Una cosa que nadie ha comentado, es que ya se ha tenido una cosa que era prácticamente un SSTO, aunque no reutilizable. Me refiero a los lanzadores ATLAS con los que se mandaban las cápsulas tripuladas Mercury. El cohete entero que despegaba llegaba a la órbita, excepto dos de los 3 motores que se expulsaban a cierta altura. Es lo más cercano a un SSTO operativo que ha habido.

http://en.wikipedia.org/wiki/Mercury...as_9_HR.jpg

Saludos.

JucamolaJucamola

Bueno, parte de la gracia de tener algo que sea SSTO es que sea reutilizable 😛

Miguel EspinosaMiguel Espinosa

Y si a los motores SABRE del Skylon se les pusiera una tobera tipo aerospike en vez de las toberas convencionales, ¿no se mejoraría sustancialmente la eficiencia?

Hace algún tiempo había leído que con el grafeno se podrían hacer recubrimientos para tanques de hidrógeno que impedirían cualquier fuga, puesto que el hidrógeno no puede pasar a través del espacio entre los átomos de carbono en el grafeno. ¿Hay información respecto a si hay alguna universidad o empresa investigando esta tecnología?

Y si en vez de hidrógeno se usara metano, ¿qué tanto afectaría al rendimiento del Skylon?

Saludos.

SuzudoSuzudo

Otra persona que le pasa por la cabeza combinar parte del diseño del sabre con el aerospike 🙂

Sobre lo del grafeno y los tanques. Me parece que los problemas de los tanques de H2 se solucionaron un poco después con pintura de spray a base de aluminio simplemente.

Si alguien tiene información…

fabriciofabricio

Imagine si en el futuro existiera la posibilidad de conbinar diseños : el del X 33 con la punta del diseño del SR 71 , y el Venture Star con la punta del diseño del Trasbordador Espacial .La base de diseños para nuevas naves espaciales para orbitar y otra mas grande para alcanzar otros planetas.Por lo menos es interesante de poder pensar en tales formas de naves con diseños ya probados de poder hacerlas funcionar.

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