Sea Dragon, un cohete realmente GRANDE

¿Cuál es el tamaño máximo que puede alcanzar un cohete usando tecnología convencional? En 1962, un ingeniero llamado Robert Truax quiso averiguar la respuesta a esta pregunta y se embarcó en un proyecto que daría lugar al mayor lanzador espacial jamás concebido: Sea Dragon. Diseños de cohetes gigantes hay muchos, pero la mayoría son simples fantasías o bonitos pero irreales modelos creados por ordenador. No es el caso de Sea Dragon, diseñado para ser construido usando tecnología de los años 60. ¿Y cómo de grande era este cohete? Pues, para que nos hagamos una idea, un sólo lanzamiento del Sea Dragon podría poner en órbita la masa útil de cinco misiones lunares Apolo. O, expresado de otra forma, sería posible realizar una misión a Marte con solamente dos o tres unidades de este monstruo.


El Sea Dragon al lado del un portaaviones: el tamaño importa (www.astronautix.com). 


Robert Truax, el padre de Sea Dragon (fuente).

Robert Truax, que trabajaba por entonces en la empresa Aerojet, decidió estudiar los factores que limitaban el tamaño de un cohete convencional de combustible líquido. Obviamente, a mayor tamaño, mayor será el coste del lanzador. Pero Truax llegó a la conclusión de que ésta no era una simple relación lineal. La complejidad era un factor igual de importante. Cuantas más etapas, motores y subsistemas tenga un cohete, más caro será. El primer objetivo del equipo de Truax fue por tanto diseñar el cohete más grande y simple posible. Como resultado, Sea Dragon sólo tendría dos etapas y dos motores gigantescos. Por supuesto, la simplicidad trae consigo una importante penalización: la pérdida de eficiencia. El reto de Truax era diseñar un cohete simple que fuese al mismo tiempo lo suficientemente eficiente como para poner en órbita una fracción significativa de su peso inicial.




Diseño del Sea Dragon (NASA).


Características de Sea Dragon.


Detalle del monstruoso motor de la primera etapa y el sistema de lastre (NASA).


 Aislamiento de los tanques del lanzador (NASA).

Muy pronto en la etapa inicial de diseño, Truax se dio cuenta de que la mayoría del presupuesto invertido en un lanzador se destina al mantenimiento de las instalaciones de lanzamiento. Un cohete realmente masivo requerirá una plataforma de lanzamiento y un edificio de ensamblaje gigantescos. La solución a este problema fue clara: prescindir por completo de la infraestructura de lanzamiento. Sea Dragon sería ensamblado y transportado sobre el agua, como un gigantesco puzzle acuático. ¿Pero cómo lanzar un cohete sin plataforma de lanzamiento? No hay problema, pensó Truax. El cohete se colocaría en posición vertical usando lastres similares a los de las plataformas petrolíferas antes de cargar sus tanques. Llegado el momento, Sea Dragon despegaría desde el océano con la primera etapa sumergida en el agua.

Al eliminar las restricciones de masa debidas al transporte y montaje, el Sea Dragon podría ser construido usando aluminio y acero convencional en vez de las costosas y ligeras aleaciones propias de la industria aeroespacial. Sería un cohete monstruoso, con un peso al lanzamiento de veinte mil toneladas y unas dimensiones de 163 x 23 metros (el Saturno V tenía 111 x 10 metros). Su capacidad en órbita baja alcanzaría las 500 toneladas, frente a las 120 toneladas del Saturno V. Veinte mil toneladas no son poca cosa. El casco del Titanic tenía una masa de unas 24000 toneladas. Estamos hablando de un cohete del tamaño de un trasatlántico. De hecho, Sea Dragon se construiría en un astillero de forma muy parecida a los submarinos nucleares de la época y podría poner en órbita grandes naves construidas en acero de forma robusta y simple. Y es que, en realidad, Sea Dragon se parecía más a un ingenio salido de una novela steampunk que a un moderno lanzador espacial.


Montaje del lanzador en el astillero (NASA).


Instalación del sistema de lastre (NASA).


Esquema de ensamblaje y construcción (NASA).


Construcción de la primera etapa (NASA).



Instalaciones navales necesarias en Cabo Cañaveral para el lanzamiento de Sea Dragon (NASA).


Traslado al área de lanzamiento frente a Florida (NASA).


Sistema de carga de combustible en alta mar (NASA).



Ascensor de servicio para mantenimiento y traslado de la tripulación (NASA).

El principal problema de Sea Dragon estaba en su sistema de propulsión. El enorme motor de la primera etapa era un orden de magnitud más grande y potente que el F-1 del Saturno V. Diseñar una bestia de estas características hubiese sido todo un desafío para la tecnología de la época, pero el equipo de Truax llegó a la conclusión de que su construcción era técnicamente posible, aunque los problemas de inestabilidad en la combustión hubiesen sido apabullantes a la hora de llevarlo a la práctica. No en vano, hablamos de una cámara de combustión del tamaño de una casa. Para simplificar el diseño -recordemos que simple era el lema del proyecto-, el motor de la primera etapa sería de kerolox (queroseno y oxígeno líquido), al igual que el F-1. La alimentación de combustible se llevaría a cabo mediante un sistema de presión externa similar al empleado en motores pequeños.


Sistema de lastre para el lanzamiento en alta mar (NASA).

Normalmente, esta técnica no se puede emplear en motores de grandes dimensiones, ya que sólo permite presiones muy pequeñas. Puesto que la presión de los tanques debe ser superior a la que existe en la cámara de combustión, la presurización de los tanques en motores de alto rendimiento se lleva a cabo usando gas derivado de la propia combustión de los propergoles, un sistema que requiere un complejo sistema de trubobombas. En el caso del Sea Dragon, el gigantesco tamaño de la cámara de combustión permitía usar presiones increíblemente bajas sin reducir significativamente el impulso específico (242 segundos a nivel del mar), lo que a su vez hacía posible introducir un sistema de presurización simple. El tanque de queroseno estaría presurizado mediante una reserva de metano, mientras que el tanque de oxígeno usaría un generador de gas alimentado por el motor, pero sin turbobombas.


Sistema de presurización de los tanques de la primera etapa (NASA).


Presurización de los tanques de la segunda etapa (NASA).

Debido a su alto coste por lanzamiento, Truax supuso que sólo un sistema parcialmente reutilizable podría despertar el interés del gobierno en el Sea Dragon. Por este motivo, la primera etapa sería reutilizable, aunque no se incorporaría ningún sistema de paracaídas. Para reducir la velocidad de impacto de la primera etapa con la superficie del océano, se incluyó una estructura para aumentar el rozamiento atmosférico y reducir la velocidad a 100 m/s. La segunda etapa sería criogénica y emplearía un sistema de presurización similar al usado para el tanque de oxígeno en la primera etapa.


Fases del lanzamiento del Sea Dragon (NASA).

Cuando Truax contactó con varios ingenieros de la NASA para verificar la idoneidad de su diseño, se encontró con un muro de rechazo en la agencia espacial. «No se puede construir», le dijeron. Paradójicamente, varias empresas navales -entre ellas los astilleros Todd- mostraron un inusitado interés por la propuesta, ya que la construcción y ensamblaje del fuselaje entraba dentro de sus capacidades técnicas. Pese a sus posibilidades, Sea Dragon no seguiría adelante, ni siquiera en versión reducida. El Saturno V era más que suficiente para poner un hombre en la Luna y la NASA no tenía ni tiempo ni ganas para invertir en este proyecto. Robert Truax abandonaría Aerojet para fundar Truax Engineering, pero nunca dejó de trabajar en el Sea Dragon. En los 80 propuso un lanzador intermedio, el Excalibur. Con una capacidad en LEO de 55 toneladas, Excalibur hubiese servido para poner a prueba muchas de las tecnologías involucradas en el Sea Dragon.


Última versión del Sea Dragon y el Excalibur con el transbordador a escala (Truax Engineering)..

Sea Dragon hubiese sido un desafío tecnológico en los años 60, pero sin duda podría ser construido hoy en día. Las estimaciones actuales sitúan el coste de este monstruo en mil millones de dólares por lanzamiento, pero su enorme capacidad de carga permitiría reducir a una tercera parte el precio de cada kilogramo puesto en órbita.

Lamentablemente, el problema principal de Sea Dragon en los años 60 y en la actualidad es el mismo: no hay demanda para semejante capacidad de carga. Si algún día decidimos viajar por el Sistema Solar, quizás necesitemos un lanzador de este tipo. Entonces, Sea Dragon podría ser una realidad.

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28 Comentarios

  1. La idea de un cohete gigante está bien como curiosidad, y es comprensible en una época como los años 60, pero hoy en día creo que deberíamos plantearnos otros retos. Si la una solución para enviar una gran masa al espacio es un cohete como este… apaga y vámonos. Aparte de que esto resuelve el problema de subir la masa, pero seguimos sin tener un buen sistema para bajarla. O se mejoran los sistemas de propulsión para disponer de naves con una gran eficiencia (que permitirían también un gran frenado a la hora de retornar), o no hay nada que hacer. Veo más interesante la propulsión nuclear que este monstruo.
    O eso o lo del ascensor espacial, aunque eso ya es un poco más ciencia ficción.

  2. Wow!
    Un auténtico ejercicio de imaginación.
    Ver el despeque de una de esas máquinas sería algo digno de recordar…
    La lástima es que realmente hoy día no existe mercado que justifique el desarrollo de ese proyecto.
    Ahora bien, la idea de poner en órbita una estación espacial con un peso un 30% superior al de la E.E.I. en un solo lanzamiento, pone la piel de gallina.

    És la primera noticia que tengo sobre ese proyecto, realmente impresionante (¿de donde sacas esta información, Daniel?)
    ;-/

    Un saludo!

  3. 500 toneladas si que es un numero importante. Ese ingeniero si que tenia mucha imaginación. Aun con esa capacidad se necesitan tres lanzamientos para llegare a Marte(1500 toneladas)?. ya veo porque todavía no se logro.

  4. *Eso es poder subir una iss completa en un solo lanzamiento aumentando su vida util
    *Estaciones mas completas con gravedad artificial como la de 2001
    *Subir combustible para otras misiones
    *Lanzar una mision a marte o la luna o una base lunar casi completa.
    *Subir una nave pesada tipo orion o nuclear y reducir los viajes a mucho menos que ahora…

  5. Para complementar al anónimo anterior, la energía solar basada en el espacio tal vez podría ser un negocio rentable.
    Y esto nos lleva a la pregunta, no existe tal vehículo porque no hay un mercado que lo demande? o no hay un mercado que lo demande porque no existe tal vehículo?.
    Por otro lado, en parte comparto la opinión de monsieur le six, creo que hoy día hay mejores alternativas para reducir el costo del acceso al espacio (y personalmente creo que los vehículos hipersónicos son la mayor esperanza).

  6. Gouki, hay varias razones para ello. Una es la basura espacial, que ya empieza a ser un problema. Muchos satélites (o módulos de la ISS, por ejemplo) quizás podrían reaprovecharse, en lugar de estar siempre hundiendo sus restos en algún lado del Pacífico o del Índico.
    A muy largo plazo también está el tema de traer a la tierra materiales de otros planetas o asteroides.

    Pero la razón más importante para mí es la bajada de la propia nave. Estamos tan acostumbrados a los cohetes, que ya vemos normal que de un mastodonte de decenas de metros sólo sobreviva una pequeña cápsula, a menudo ni siquiera reutilizable. Pero está claro que todo eso es un despilfarro de recursos y que lo ideal sería que las naves espaciales fueran como los aviones: la nave, plenamente reutilizable, sube y baja entera, y sólo se pierde el combustible. El Shuttle es el único que se aproxima a este concepto, pero a costa de una peligrosa maniobra de reentrada, y perdiendo igualmente sus impulsores iniciales.

    Digo yo que será mejor pensar en mejores métodos de propulsión que se aproximen a este concepto, que tirar a la basura módulos de cohetes cada vez más grandes y costosos.

  7. pues no se que pensareis, pero si el coste por lanzamiento era tan burro, sale mas barato que el ares I y el ares V en conjunto, sobre todo sabiendo que su desarrollo técnico ya estaba completado en 1960, quizas sustituir el motor principal por una tecnologia multicamara como los rusos, y meter una electronica un poco mas moderna, y el coste final no estaria demasiado alejado de los 10 millardos del programa ares.

  8. @monsieur Efectivamente, los sistemas actuales son menos reutilizables de lo deseable, aunque hay un punto del que no se suele hablar mucho y no es ya el peso, sino el volumen de la carga, actualmente no disponemos de ningún hangar ahí arriba por lo que todo modulo que lancemos debe llegar de una pieza y su volumen esta limitado por la envergadura del vehículo de transporte.

    El punto de reutilizar los módulos actuales es una buena idea(los satélites no tanto, puesto que después de la vida útil de uno de ellos la tecnología que llevan estaría obsoleta). Aunque a mi entender la mejor forma de reutilizar un modulo es que siga estando disponible en el espacio, me explico. Si conseguimos en un futuro mas o menos cercano montar la sucesora de la actual ISS en un punto de Lagrange, tal vez esos módulos puedan reciclarse y renovarse en el mismo espacio como se hace en tierra con las Soyuz. Si quedaran inutilizadas siempre se podrían llegar a una zona de aparcamiento hasta un futuro en el que se puedan aprovechar sus estructuras o materiales(suena fantasioso pero muchas veces me ha pasado por la cabeza como seria un horno de arco voltaico en el espacio,XD).

    PD: El que eleve 500 toneladas puede significar puede significar algo mas que levantar una estación espacial de un solo lanzamiento. Un solo modulo de 500 toneladas tendría mucho mas espacio presurizado que 500 toneladas de módulos actuales. además, este modulo podría enviarse vacío y rellenarse después con cargueros mas pequeños por lo que podría llegar fácilmente a las 1000 toneladas una vez equipado … Pero esto es solo un sueño, XD

  9. pues si es solo dinero, financiemos entre todos un viaje a marte o a alguna luna entre todos.
    como hacen con la pelicula el cosmonauta, por ejemplo reunimos 10 millones de personas que esten dispuestas a invertir 100 euros en un espectaculo con transfondo cientifico.
    proponemos varias misiones, votamos la mas interesante… y montamos el espectaculo de forma privada.
    luego si sale bien se vende como un producto y se financian mas cosas del estilo…

    jeje locura, pero de las lindas… quien sabe.

  10. Monsieur.
    Lo que propones es altamente ineficiente.
    Te sale mucho más barato crear en órbita una simple fábrica para hacer simples paquetes con los materiales extraídos de los asteroides o de la basura espacial, los cuales lanzarías a la atmosfera. No necesitas más que un envase metálico capaz de superar la reentrada relleno de los materiales que te interesan. El propio envase podría aprovecharse. Ponle paracaídas si te interesa. Te sale por una fracción del coste de usar un vehículo.
    Solo lo vería practico con precios $/kg entre 25-100$/kg, pero sin fusión olvídate.

    Gouki

  11. @anónimo: Sí, para las necesidades actuales está claro que no es necesario. Con las cápsulas para la tripulación nos apañamos, y la basura pues simplemente la dejamos quemarse al reentrar en la atmósfera y listo. Yo el comentario de la bajada lo hago a muuuy largo plazo.
    No pensemos sólo en la Tierra: tarde o temprano querremos ir a otros planetas, y entonces sí necesitaremos bajar grandes pesos si queremos hacer algo útil. Ahora mismo está Marte. Se habla mucho de la Mars 500, pero la realidad es que no está muy claro cómo bajar módulos realmente pesados de una futura estación habitada de una manera segura. Y eso que Marte tiene una gravedad algo débil, en otros planetas quizás la cosa no sería tan sencilla. Por no hablar del despegue de los cosmonautas para volver a la Tierra, porque allá no hay un Cabo Cañaveral con todo listo para sus necesidades.

    En definitiva, si queremos hacer algo de verdad en el Espacio, tarde o temprano tendremos que abordar el tema de la propulsión, y cohetes gigantes como este no son la solución.
    Pero sí, a corto plazo vamos tirando, eso está claro.

  12. monsieur por lo que pones en tus comentarios no creo que sepas mucho de tecnologia aerospacial ni de la fisica ya que hoy y mañana segiran siendo los mismos a menos que te refieras a motores antigravedad y hiperespacio que dudo que lleguen aser realidad y si hablamos de ascensores espaciales abria que estudiarlos con mucho cuidado ya que yo pienso que podrian provocar terremotos por la tension ejercida en en terreno. al final solo nos quedaran los cohetes gigantes.
    por cierto daniel que opinas sobre el comentario de la propagacion del sonido del lanzamiento creo que es el 5º de gaston.
    gracias daniel.

  13. @Anónimo: Aquí tengo que salir en defensa de monsieur. Lo que pasa es que nuestro colega monsieur tiene en mente el uso de tecnologías mas eficientes como el uso de naves nodrizas y scramjets. Cosa que no veo descabellada, simplemente que es una tecnológica demasiado avanzada para estandarizarla a corto plazo (hoy día los cohetes si están estandarizados y son aun escalables y relativamente seguros).

    En cuanto al ascensor orbital veo mas pegas relacionadas con la seguridad que dificultades técnicas para llevarlo a cabo. Por ejemplo, lo sensible que seria el sistema a un accidente o ataque en alguno de sus tramos, un simple avión que se cruce en el camino del cable podría romperlo y seria muy dificil de evitar. Una vez roto el cable este se precipitaría causando destrozos allá donde caiga. Sobre el contrapeso en orbita, supongo que tendría motores orbitales para evitar su caída o moverlo a una orbita más estable.

  14. @anónimo: De física y tecnología espacial no sé si sabré mucho, pero al menos sé escribir. Ya sabes: poner mayúsculas, comas y esas cosas.

    Sobre lo del ascensor, que conste que yo no soy precisamente un defensor de la idea: creo que tiene mucho de irrealizable, aunque la verdad es que, de ser posible, sería fantástico. Simplemente la ponía como ejemplo de tecnología alternativa, como se puede poner la propulsión nuclear o cualquier otra cosa.

    Lo único que pretendía comentar era que a corto/medio plazo, ya estamos bien como estamos,haciendo cohetes más o menos grandes. Pero que a la larga (larga significa que nosotros seguramente ya no lo veremos), habrá que buscar otras cosas.

  15. hola
    una pregunta daniel que pasaria si se ronpiera un deposito de combustible criogenico. los peces sufririan congelacion instantania o esplotaria todo
    gracias

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 20 diciembre, 2010
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Cohetes • NASA • sondasesp