Primer lanzamiento de un Soyuz ST-B (Galileo IOV-1)

Por Daniel Marín, el 21 octubre, 2011. Categoría(s): Cohetes • ESA • Lanzamientos • Rusia • sondasesp ✎ 19
Hoy es un día histórico para la Agencia Espacial Europea (ESA) y Rusia. Después de muchos años de trabajo y numerosos retrasos, hoy ha despegado el primer cohete Soyuz desde la Guayana Francesa con los dos primeros satélites operativos Galileo (PFM y FM-2) del nuevo sistema de posicionamiento global europeo. El lanzamiento del cohete Soyuz ST-B (Soyuz-2-1B/Fregat-MT) tuvo lugar a las 10:30 UTC desde la rampa del Complejo de Lanzamiento del Soyuz (ELS, Ensemble de Lancement Soyouz) situada en Sinnamary, dentro del Centro Espacial de la Guayana Francesa (CGS). Esta ha sido la misión VS01 (Vol Soyouz 01) de Arianespace y el vuelo IOV-1 (In Orbit Validation program) del sistema Galileo. El primer intento de lanzamiento tuvo lugar ayer 19 de octubre y fue cancelado por culpa de una fuga durante la carga de combustible de la tercera etapa.

El primer cohete Soyuz ST-B en la rampa de la Guayana Francesa (ESA).

Galileo IOV-1 PFM y FM-2

Los satélites Galileo PFM y FM-2 son los primeros vehículos operativos del nuevo sistema de navegación europeo. Han sido construidos por Astrium GmbH y Thales Alenia Space Italia para la ESA. Cada satélite tiene una masa de 700 kg y unas dimensiones de 2,74 x 1,59 metros, alcanzando una envergadura de 14,5 metros con los paneles solares desplegados (los cuales generan 1420 W de potencia). Tienen una vida útil de 12 años y estarán situados en una órbita de media altura MEO (Medium Earth Orbit) a 23616 kilómetros de distancia con una inclinación de 54,7º. Se lanzarán un total de cuatro satélites IOV antes de dar paso a los vehículos totalmente operativos de la serie FOC (Full Operational Capability). Hasta 2015 se planea lanzar 14 satélites FOC.

Satélite del sistema Galileo (ESA).

Satélites del vuelo IOV-1 (ESA/Arianespace).

Una vez completada, la constelación Galileo estará formada por un total de 30 satélites (27 operativos y tres de reserva) situados en tres planos distintos separados 120º en longitud. Los satélites de cada plano estarán localizados a 23222 km de distancia con una inclinación de 56º y poseerán un periodo de 14 horas y 15 minutos. Al igual que el GPS norteamericano (un mínimo de 24 satélites en seis planos) o el GLONASS ruso (21 satélites en tres planos), Galileo ofrecerá servicios de navegación a todo el planeta mediante tres señales distintas en banda L: E1 (1575,42 MHz), E2 (1191,795 MHz) y E3 (1278,75 MHz). La precisión espacial del sistema Galileo podrá alcanzar los 30 cm. Cada satélite incluye cuatro relojes atómicos para controlar la señal de navegación: dos relojes principales basados en un máser de hidrógeno (con una precisión de 0,45 nanosegundos en 12 horas) y dos relojes redundantes con una precisión de 1,8 nanosegundos cada doce horas. En 2005 y 2008 fueron lanzados los satélites de prueba GIOVE-A y GIOVE-B para demostrar las tecnologías asociadas al sistema Galileo.

El programa Galileo ha estado rodeado de múltiples polémicas en cuanto a su gestión. El coste del proyecto se estima en unos siete mil millones de euros. 

Constelación Galileo (ESA).
Señales del sistema Galileo (ESA).
Órbita de la constelación Galileo (Wikipedia).

Soyuz ST-B

El Soyuz ST-B es una versión ligeramente modificada del Soyuz-2-1B (14A14). Se trata de un cohete de tres etapas (más la etapa superior Fregat) basado en el Soyuz-U/Soyuz-FG fabricado por la empresa TsSKB Progress de Samara (Rusia) con capacidad para situar 3240 kg en órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) lanzado desde la Guayana Francesa (o 1,7 toneladas lanzado desde Baikonur). Emplea queroseno (T1) y oxígeno líquido en sus tres primeras etapas y combustibles hipergólicos en la cuarta fase Fregat. Tiene una masa de 312 toneladas, una longitud de 46,3 metros y 10,3 metros de diámetro máximo.

Detalles del Soyuz 2 (TsSKB Progress/Arianespace). 

A diferencia del Soyuz-U o el Soyuz-FG, el Soyuz-2-1B incorpora una nueva aviónica digital y una cofia agrandada para lanzar cargas más voluminosas con la etapa Fregat (la cofia estándar mide 4,1 x 11,4 metros). El Soyuz-2-1B se basa a su vez en el Soyuz-2-1A, incorporando una tercera etapa con un motor RD-0124 en vez del RD-0110 de las otras versiones, lo que le permite aumentar su carga útil en más de una tonelada. Entre las pequeñas modificaciones añadidas al Soyuz ST-B con respecto al Soyuz-2-1B de serie se encuentra la introducción de orificios que permiten la entrada de agua en las dos primeras etapas para acelerar su hundimiento una vez caen al océano Atlántico.

La primera etapa está formada por cuatro bloques aceleradores (Bloques B, V, G y D) de 19,60 x 2,68 m y 44,413 toneladas al lanzamiento (3784 kg en seco) equipados con motores RD-107A (14D22) de cuatro cámaras y dos vernier (derivados de los RD-107 del R-7) con 35 kN de empuje. La carga de combustible incluye 27900 kg de oxígeno líquido y de 11260 kg queroseno. Cada RD-107A tiene un empuje de 838,5-1021,3 kN y un impulso específico de 263,3-320,2 s. Esta etapa funciona durante 118 segundos. Cada bloque lateral incluye una aleta aerodinámica estabilizadora que se instala cuando el lanzador está situado en la rampa.


Uno de los bloques laterales de la primera etapa de un cohete Soyuz-ST en el MIK de la Guayana Francesa (ESA).

La segunda etapa o etapa central (Bloque A), de 27,10 x 2,95 m y 99,765 toneladas al lanzamiento (6545 kg en seco), emplea un RD-108A (14D21, derivado del RD-108) con cuatro vernier de 35 kN. Este motor tiene un empuje de 792,48-990,18 kN y un Isp de  257,7-320,6 s. Funciona durante 286 segundos y carga 63800 kg de oxígeno líquido y 26300 de queroseno.


Bloque A de un Soyuz-ST (ESA).


La primera y segunda etapas de un Soyuz-ST (ESA).

La tercera etapa (Bloque I), de 6,70 x 2,66 m y 27,755 toneladas (2355 kg en seco), usa un RD-0124, con un empuje de 297,9 kN y 359 s. Funciona durante 270 segundos. Carga 17800 kg de oxígeno líquido y 7600 kg de queroseno.


Tercera etapa de un Soyuz-ST (ESA).

La etapa superior Fregat-MT (S5.92) está fabricada por NPO Lávochkin y usa propergoles hipergólicos (UDMH y tetróxido de nitrógeno). Tiene una masa inerte de 950 kg y una masa total de 980-1050 kg (dependiendo de la misión) y unas dimensiones de 1,50 x 3,35 m. Usa seis tanques esféricos que rodean la estructura central, cuatro para los propergoles y dos para la aviónica. Emplea un motor S5.98M de  331 segundos de Isp y dos modos de empuje (19.85 kN y 14 kN) que puede encenderse repetidamente (hasta 20 veces o 900 segundos en total). Para las maniobras de giro emplea 4 propulsores de hidrazina de 50 N de empuje. La etapa Fregat se ha empleado con los Soyuz-FG, Soyuz-U, Soyuz-2 y Zenit-3F (modificada). En el futuro se espera usarla con el Angará-A3.

La cofia (modelo ST) tiene una masa de 1700 kg, un diámetro de 4,11 metros y una longitud de 11,433 metros. Rodea a la etapa Fregat durante el despegue.


Etapa Fregat en Kourou (ESA).

Sinnamary

El Centro de Lanzamiento Soyuz (ELS) está situado en Sinnamary, a 13 kilómetros del complejo de lanzamiento del Ariane 5, en la Guayana Francesa. Está formado por tres zonas distintas: la plataforma de lanzamiento, el edificio de montaje (MIK) y el centro de lanzamiento.

Localización del ELS en la Guayana Francesa (Arianespace).

La rampa fue completada en 2008 y es similar a las dos existentes en Baikonur y las cuatro de Plesetsk. Al igual que en el resto de instalaciones del Soyuz, el cohete no se apoya en la base de la rampa, sino que «cuelga» por la cintura agarrado por varias estructuras metálicas que se retraen en el momento del lanzamiento. Este ingenioso sistema desarrollado por la OKB-1 de Serguéi Koroliov y Vladímir Barmin a mediados de los años 50 recibe el apodo de «el tulipán». En el edificio de montaje MIK (Монтажно-Испитательный Корпус) se integran las fases de los lanzadores en posición horizontal. Una vez montado, el cohete se traslada a la rampa mediante una línea ferroviaria de 700 metros. A diferencia de las instalaciones rusas, el lanzador no se traslada mediante locomotoras, sino por pequeños vehículos diseñados específicamente para esta tarea. Tampoco existe un búnker de lanzamiento como en Baikonur, ya que el control de lanzamiento está situado en un edificio construido lejos de la rampa.

 
Disposición del centro ELS (ESA/Roscosmos).
Centro de lanzamiento (ESA).


Vista de la rampa de lanzamiento con la torre de servicio móvil (ESA).

Detalle de los brazos de servicios y la plataforma de servicio que se retira antes del lanzamiento (ESA).

Vista del cohete en la rampa sin la plataforma de servicio durante uno de los ensayos (ESA).

Sistema de transporte hasta la rampa (ESA).

La carga útil no se une al lanzador en posición horizontal como en Baikonur y Plesetsk, sino que se integra verticalmente con el Soyuz dentro de la torre de servicio móvil que rodea la rampa. Esta torre ha sido diseñada para proteger al Soyuz y su carga útil de la enorme humedad que existe en la Guayana francesa.

El proyecto del Soyuz en la Guayana nació a principios de 1998, cuando la ESA comenzó a interesarse por la posibilidad de lanzar cohetes rusos desde Kourou para complementar al lanzador pesado Ariane 5. El programa nació oficialmente en 2004 y la construcción del complejo comenzó en 2005. Además de la ESA y Roscosmos, participan en el proyecto TsSKB Progress -fabricante de los cohetes Soyuz-, NPO Lávochkin -fabricante de la etapa Fregat- y TsENKI -organismo estatal ruso encargado de las infraestructuras de lanzamiento-. Europa ha invertido 468 millones de euros en el programa Soyuz en la Guayana Francesa, de los cuales 342 millones han sido puestos por la ESA, 121 millones por Arianespace y el resto por la Unión Europea.

Fases del lanzamiento

T-4:20 horas: la comisión estatal autoriza el lanzamiento.

T-4 h: comienzo de la carga de combustible.

T-1:45 h: finalización de la carga de propergoles en el cohete.
T-1 h: se retira la torre de servicio móvil.
T-6 minutos 10 segundos Se introduce la llave de lanzamiento en el búnker: orden kliuch na start (Ключ на старт). Comienza la secuencia automática de lanzamiento.
T-5 m: transferencia de potencia interna a la etapa Fregat.
T-2 m 25 s: separación de los umbilicales de la tercera etapa.

T-40 s: transferencia de potencia interna al cohete.

T-17 s: comienzo de la secuencia de ignición.
T-15 s: empuje de los motores a nivel inicial.
T-03 s: empuje de los motores al máximo.
T+0 s: despegue.
T+1 m 58 s: separación de los cuatro bloques de la primera etapa («cruz de Korolyov»). 41,5 km y 1560 m/s.
T+3 m 38 s: separación de la cofia.
T+4 m 48 s: separación de la segunda etapa.
T+9 m 24 s: separación de la tercera etapa.
T+10 m 24 s: primer encendido de la etapa Fregat.
T+23 m 31 s: primer apagado de la etapa Fregat.
T+3 h 40 m 05 s: segundo encendido de la etapa Fregat.
T+3 h 44 m 27 s: segundo apagado de la etapa Fregat.
T+3 h 49 m 27 s: separación de los satélites.

Fases del lanzamiento y encendidos de la etapa Fregat (Arianespace).




Trayectoria de ascenso y fases (Arianespace).

Etapa Fregat con el adaptador para los satélites Galileo (Arianespace).
Traslado del cohete a la rampa (ESA/Arianespace). 
El cohete con la carga útil (ESA).

Distribución de los satélites dentro de la cofia (ESA).

Animación del lanzamiento (ESA).





Lanzamiento (ESA).


Vídeo del traslado a la rampa:






19 Comentarios

  1. ¿El acelerar el hundimiento de las dos primeras etapas en el oceano para que sirve? ¿para evitar posibles colisiones con rutas de barcos? De ser así ¿acaso tuvieron algún problema alguna vez ? O es por pura precaución y se les ocurrió ahora.

  2. Qué buena noticia. El Semiorka es el único cohete capaz de despegar desde tres cosmódromos, que llegarán a ser cuatro, estoy seguro.

    Daniel, una pregunta: en alguno de tus post leí que debemos el «tulipán» a Mishin, pero ahora dices que es obra de Barmin. ¿Barmin lo desarrolló, o fue el encargado de llevar a la práctica la idea de Mishin? Gracias y saludos.

    Julio Reátegui

  3. @Ichuta: es la primera vez que caen las primeras etapas de un Soyuz sobre el Atlántico 😉

    @Julio: sí, tienes razón. Barmin construyó la estructura, pero era para no complicar mucho el post 🙂

    @Anónimo: la versatilidad del Soyuz ha subido muchos enteros, sin duda.

    Saludos.

  4. Daniel, dos consultas.

    No me queda muy clara la diferencia entre los satélites IOV y los FOC.

    Y respecto a la fabricación de los FOC, qué opinas de que sean construidos por OHB System y SSTL en vez de Astrium y Thales Alenia Space?

    Como chileno me encuentro particularmente interesado en el segundo lanzamiento del Soyuz desde Guyana, en donde como bien sabes, se lanzará el SSTO (además de los mucho más importante Pleyades por supuesto).

  5. jeje, me hace gracia que «la comisión estatal» tambien figure en este lanzamiento… ¿Es algún estado concreto? ¿De algún organismo de la ESA? ¿Depende de Rusia? ¿Es un copy/paste? 😉

    Hay una cosa que siempre le he dado vueltas y no he encontrado respuesta en otras entradas: ¿Por qué los espacios entre etapas de los cohetes rusos no están «carenados»? ¿Es para facilitar el encendido de esa etapa? Esa estructura tiene rigidez, porque soporta al cohete incluso tumbado. ¿Usan algún mecanismo explosivo para «romperlas» o la propia presión/temperatura de los gases es suficientes para conseguir la separación?

    Gran noticia la de este lanzamiento y esperando con mucha ilusión el lanzamiento del (pico)satélite «gallego» en Vega.

  6. Сегодня особый день! Поздравляю всех! Особенно Россию и Европейский союз.

    С уважением,
    Олег

  7. @Franchute: interesante pregunta. Me han llegado bastantes rumores contradictorios sobre el contrato de la comisión europea, así que prefiero reservarme mi opinión personal. La política detrás del Galileo es una verdadera jungla repleta de trampas. En cuanto a las diferencias, pues se supone que los IOV serán operativos, pero al mismo tiempo servirán para poner a prueba varios elementos del sistema.

    @El pequeño saltamontes: la comisión estatal aparece en el Press Kit de la ESA, que es de donde he tomado la información. De todas formas, la comisión existe.

    En cuanto al carenado, depende de cada lanzador. En algunos casos (Protón, Tsiklon, etc), se debe a que la separación de etapas es de tipo «caliente», es decir, los motores se encienden antes de la separación de fases y lógicamente es necesario que los gases escapen. En el caso de la familia R7 se debe a motivos históricos: las dos primeras etapas se usaban en varias versiones (Mólniya, Luna, Vostok, Soyuz, etc) con distintas etapas superiores, de ahí que se eligiese este sistema para simplificar su diseño.

    @Oleg: с праздником!

    @Jarban02: vale, me han convencido. El Concurso Eureka volverá en breve 🙂

    Saludos.

  8. Voy a hacer una pregunta toca-eggs 🙂

    En las rampas Tulipán originales, decías que toda la estructura giraba para orientar el lanzador, ya que los Soyuz tenían un sistema de guiado en un único eje. Pero los Soyuz 2 ya disponen de un sistema de guiado en dos ejes, así que la pregunta es: ¿la rampa de lanzamiento de la guayana francesa también puede girar, o se han ahorrado eso ya que no es necesario?

    Gracias.

  9. El Ariane 4 podría haber echo ese trabajo pero ESA lo retiro en favor del Ariane 5. Y esta pagando ese error de no tener su propio cohete mediano y buscar afuera.

  10. Hola Daniel. una duda, el poder lanzar el soyuz desde la guayana, no choca con el desarrollo del futuro ariane 6? Por lo que acabo de consultar en tu entrada, el futuro cohete tiene una capacidad parecida al soyuz.
    Esta claro que el utilizar un lanzador existente es una cosa, economicamente y tecnologicamente hablando, a desarrollar de cero un lanzador. Con todo lo que ello conlleva.

  11. @Anónimo: si te he entendido bien, supongo que la razón es que el RD-0124 es un motor diseñado para el vacío (alto Isp y poco empuje).

    @Fede: en teoría, el Ariane 6 tendrá más capacidad que el Ariane 6 y será flexible y modular, pero sí que entra en competencia para los satélites GEO más pequeños. La ESA y Arianespace sabrán lo que hacen.

    Saludos.

  12. Veremos si el Galileo al final tiene éxito.
    Creo que España ha invertido unos 1.000 millones de € en el desarrollo del sistema.

    Esto de desarrollar cosas en conjunto es un lío, todos los países se quieren llevar la mayor parte del desarrollo, y al final lo único que se consigue es que no se avance nada.

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Por Daniel Marín, publicado el 21 octubre, 2011
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