Los transbordadores espaciales que nunca fueron

2011 pasará a la historia de la conquista del espacio como el año en el que se retiraron los transbordadores espaciales. Cuando su diseño se concretó allá a principios de los años 70, el shuttle parecía ser la única alternativa a los costosos lanzadores desechables. El futuro de la humanidad en el espacio tenía alas y era reutilizable. Desgraciadamente, el transbordador terminó por no cumplir ni uno solo de los objetivos para los que fue originalmente construido. Pero, ¿por qué?

Una variante del transbordador con la bodega de carga útil situada en el extremo del ET. Nunca se construyó (Ehrlich et al.).

Es a la hora del análisis del fracaso cuando surgen las diferencias. Para algunos, el transbordador tal y como fue construido era un despropósito imposible de rentabilizar, un conjunto de soluciones de diseño contradictorias entre sí que no iba a ninguna parte. Según este punto de vista, lo ideal hubiese sido usar alguno de los diseños originales descartados en favor de la configuración final, aparentemente más eficientes, o bien rediseñar por completo el sistema creando un Shuttle II.

Como ya sabemos, estas opciones más extremas no llegaron a materializarse nunca por falta de presupuesto y de interés por parte de los políticos. Pero existía una tercera vía, menos radical, consistente en reformar el transbordador para superar las carencias existentes. ¿Y cuáles eran esas carencias? Pues fundamentalmente, tres: altos costes de mantenimiento, imposibilidad de realizar misiones no tripuladas y la seguridad. Por un lado, durante los primeros años de servicio quedó patente que era necesario dedicar una enorme cantidad de tiempo, esfuerzo y dinero para preparar un orbitador de cara a la siguiente misión. Aunque en un principio se había publicitado como un “camión espacial”, el shuttle era infinitamente más complejo que cualquier avión comercial. El escudo térmico de losetas y, especialmente, los tres motores principales SSME reutilizables habían resultado ser una pesadilla logística. Y es que los partidarios del transbordador que abogan por un sistema totalmente reutilizable para rentabilizar el sistema a veces se olvidan de que el principal inconveniente económico para que una lanzadera volviese a estar lista después de cada misiónera precisamente que los motores eran reutilizables.

Por otro lado, los cohetes de combustible sólido (SRB) habían sido introducidos para abaratar el diseño del transbordador en una fase inicial, pero terminaron por resultar demasiado caros y peligrosos para un sistema operativo. Finalmente, la seguridad del sistema, o más bien la falta de la misma, resultó ser un factor clave. Después del accidente del Challenger fue evidente que el transbordador había sido construido como el único vehículo espacial tripulado que carecía de un sistema de escape durante el lanzamiento (sin contar las dos misiones Vosjod soviéticas), una grave carencia que debía ser solucionada.

Variantes del shuttle estudiadas (Ehrlich et al.).

Como resultado, la mayor parte de mejoras propuestas para el transbordador pasaban por introducir medidas que aumentasen la seguridad o bien permitiesen llevar a cabo misiones no tripuladas. Quizás la versión alternativa más popular era crear un sistema de lanzamiento no tripulado tomando como base el shuttle convencional. Estas variantes, denominadas genéricamente como SDHLV (Shuttle Derived Heavy-lift Launch Vehicle) o HLLV (Heavy-Lift Launch Vehicle) empleaban un compartimento de carga desechable en vez de un orbitador para situar en órbita baja más de 80 toneladas de carga útil, frente a las 30 toneladas como máximo que podía transportar el transbordador convencional (posteriormente esta cifra fue rebajada hasta las 20 toneladas). Las variantes HLLV habían sido propuestas antes de que el shuttle realizase su primer vuelo inaugural en 1981, pero volvieron a despertar cierto interés después del accidente del Challenger. Este interés se materializaría en la propuesta Shuttle-C (“Cargo”) de finales de los 80 y, de hecho, hasta el año pasado se propuso un SDHLV como diseño de partida para el SLS, el nuevo cohete de la NASA.

HLLV, versión de carga del transbordador (NASA).
Compartimento con SSME con forma de cuerpo sustentador (Ehrlich et al.).

Un HLLV hubiese permitido aumentar la capacidad de carga útil y al mismo tiempo eliminar la necesidad de realizar misiones tripuladas. Los motores principales SSME se recuperarían al estar incluidos dentro de un copartimento dotado de un escudo térmico con paracaídas. También se estudió la opción de diseñar esta sección con forma de cuerpo sustentador para permitir reentradas controladas y aterrizajes en el desierto australiano. Otras variantes de HLLV preveían el uso de un orbitador sin alas -reutilizable o no- para transportar la carga. El uso de la sección frontal presurizada para la tripulación como base para un transbordador más pequeño que pudiese ser lanzado por un cohete convencional recibió cierta atención por parte de la NASA. De este modo se eliminaba la mayor parte de la complejidad del sistema, a cambio eso sí de reducir la carga útil a cero.

Diferentes configuraciones de HLLV no reutilizables (Ehrlich et al.)
Un minitransbordador con el compartimento presurizado del shuttle (Ehrlich et al.).

Un gran número de diseños alternativos “realistas” pasaban por crear cohetes de combustible líquido (LRB, Liquid Rocket Boosters) para sustituir a los SRB. A diferencia de las propuestas más recientes de kerolox (queroseno y oxígeno líquido), los LRB estudiados en los años 80 eran criogénicos (hidrógeno y oxígeno líquidos) para aumentar la eficiencia y empleaban cuatro motores (derivados de los SSME o de nuevo diseño). Se consideró el uso de queroseno combinado con los combustibles criogénicos para las primeras fases del lanzamiento, donde el alto empuje del sistema propulsivo resulta más importante que la eficiencia del mismo. De seguir adelante con esta elección, el shuttle habría tenido un aspecto final bastante rechoncho. Los LRB también podrían usarse en versiones del SDHLV con hasta cuatro aceleradores. Para proteger los motores del agua salada del océano, se pensó en dotar a los LRB con cubiertas móviles.

Transbordador con LRBs (Jeffs et al./Eherlich et al.).

Otro tipo de variante muy curiosa consistía en situar el compartimento de carga útil en el extremo superior del tanque externo de combustible (ET) en vez de en la bodega de carga del shuttle. Con esta configuración se hubiesen podido lanzar cargas de 7,6 -10,6 metros de diámetro. Una posible aplicación hubiese sido poner en órbita un telescopio gigante con un espejo primario de 7,6 metros (!) que habría dejado enano al Hubble y su espejo de 2,5 metros. Aún más extrañas eran las variantes que usaban compartimentos de carga lenticulares para lanzar módulos de naves interplanetarias o telescopios espaciales aún más grandes. A este respecto, conviene recordar que el ET casi alcanzaba la velocidad orbital, así que no hubiese costado mucho esfuerzo situarlo en órbita. De hecho, las primeras versiones del shuttle incorporaban un pequeño motor de frenado en el extremo del ET para garantizar su reentrada.

Variante del shuttle con la carga útil en el ET (Ehrlich et al.).
Variante original del shuttle con un motor de frenado en el extremo del ET (Jeffs et al.).
HLLV con el compartimento de carga en el extremo y cuatro LRB con protección para el agua (NASA).
HLLV con compartimento de carga lenticular (Ehrlich et al.).
Telescopio espacial gigante basado en el ET (Ehrlich et al.).

Otras opciones menos drásticas pasaban por colocar pequeños cohetes de combustible sólido en los SRB y el ET para aumentar la carga útil hasta las 42 toneladas aproximadamente (otra cosa es que semejante masa hubiese cabido dentro la bodega de carga del orbitador), o bien usar SRB de cinco segmentos -en vez de cuatro- similares a los desarrollados para el desaparecido Programa Constelación. Precisamente, con el fin de permitir el lanzamiento de cargas más voluminosas también se propusieron orbitadores con compartimentos de carga agrandados y/o alargados en 4,6 metros con una capacidad de 50 toneladas. Después de que la URSS lanzase el Burán en 1988, la posibilidad de diseñar un orbitador sin motores principales fue sopesada brevemente. En este caso, los SSME se habrían instalado en la base del ET.

Un transbordador con cohetes de combustible sólido auxiliares (NASA).
Motores auxiliares en la base del ET (Ehrlich et al.).
Orbitadores con la bodega de carga agrandada y/o alargada (Ehrlich et al.).
Orbitador alargado sin SSME (Ehrlich et al.).
Shuttle con SRB de cinco segmentos (Ehrlich et al.).

Otra de las principales limitaciones del sistema STS era la capacidad de permanencia en el espacio de los orbitadores, apenas superior a las dos semanas. Una solución relativamente sencilla consistía en dotar a las naves con paneles solares gigantes para aliviar la dependencia de las células de combustible criogénicas, lo que hubiese permitido llevar a cabo misiones de más de un mes de duración.

Shuttle con paneles solares para misiones extendidas (Jeffs et al.).

A pesar de que el shuttle podía poner en órbita hasta ocho astronautas, la NASA también sopesó aumentar la tripulación máxima de este sistema. ¿Se imaginan un lanzamiento de un transbordador con 70 personas a bordo? Pues eso es precisamente lo que estudió la NASA a principios de los 80, cuando se planteó usar el transbordador para lanzar módulos con 68 o 74 pasajeros. Por supuesto, la idea fue rápidamente descartada después de que el Challenger se desintegrase sobre Florida. Eso sí, habría sido todo un espectáculo, eso seguro. En cuanto al tema de la seguridad, las propuestas con cápsulas separables para la tripulación se hicieron muy populares tras el accidente del Challenger, aunque es dudoso de que un sistema de este tipo hubiese podido salvar la vida a los astronautas en caso de un fallo catastrófico de los SRB.

Transbordador con módulos para pasajeros (Jeffs et al.).
Variantes del shuttle con LRB y cápsulas separables para la tripulación (
Propuesta de transbordador con cápsula de rescate para la tripulación (Beyond Apollo).

Resumiendo, es posible que el transbordador hubiese sido una máquina viable empleando aceleradores de combustible líquido, cápsulas para la tripulación y disponiendo de la capacidad para realizar misiones sin tripulación. O eso dicen los defensores de esta venerable nave. ¿Habrían funcionado estas modificaciones para crear un sistema espacial rentable y seguro? Quizás, pero probablemente nunca lo sabremos con seguridad. Y mientras tanto, después del “fallecimiento” del Discovery, el Atlantis también ha sido desconectado para siempre. La era de los transbordadores toca a su fin.

Referencias:


12 Comentarios

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Srengel

En honor a la verdad, el transbordador fue una maquina admirable, pero debido a que parte de su diseño estuvo fuertemente influenciado para aplicaciones militares, nunca tuvo el rendimiento que debió tener. ¿Que es capaz de llevar 20 toneladas a órbita? pero, ¿cual ha sido la ventaja de lanzar la carga junto con la tripulación? Las Soyuz son como un automóvil mientras el transbordador ha sido un camión de cargas. El diseño de Max Faget era mucho mas económico y eficiente, pero no permitía la capacidad de planeo hipesonico y alcance que requerían misiones de una sola órbita que pretendían usar para cosas como capturar satélites soviéticos antes de que sus dueños se dieran cuenta que había pasado. De hecho hay diseños que me sorprenden que no usaran hoy, como el StarClipper, que solo usaba un tanque desechable y solo llevaba tripulación y un poco de carga.

Claro, estoy muy influenciado por el Orbiter Space Flight Simulator, donde se han puesto a prueba todos los diseños imaginables.

Starfish Prime

No acabo de comprender los problemas de los cohetes de combustible sólido, en teoría son la solución mas simple y hay cohetes de ese tipo funcionando en muchos lanzadores (Ariane, Atlas, Titan, ICBMs todo tipo) sin que den el mas mínimo problema.

El problema del Challenger tuvo mas que ver con la forma de construir esos cohetes y que con la tecnología en si.

AnonymousAnonymous

Si hubiesen puesto los motores como en el Buran hubiese sido un sitema mas flexible , pudiendo lanzar carga o pasajeros como hace la soyuz.
@starfish los solidos tienen menos ISP y explotan (mira el vls brasileño)
,aunque son los mas simples.

Miguel Rodríguez

Me ha gustado mucho esta entrada Daniel, es de estas que engancha a Eureka.

De todo esto podría sacar una idea, que con el tiempo en que ha estado funcionando el STS, ¡qué poco ha evolucionado técnicamente! En los 30 años en que ha funcionado, el único cambio apreciable que he visto es dejar de pintar de blanco el ET y las modificaciones en los SRB tras el accidente del Challenger, las modificaciones en las losetas y los paneles de control digitales (“Glass cockpit”), pero el sistema de lanzamiento propiamente dicho no ha cambiado, arrastrando unas exigencias de diseño impuestas por coyunturas del momento.

Fijémonos en que en el mismo lapso de tiempo hemso visto surgir los lanzadores chinos, enversiones que sucesivamente aumententan en capacidad de carga, o la familia de lanzadores Ariane, desde el 1 hasta el 5.

Miguel Rodríguez

También veo que lo reutilizable, al menos tal como lo hemos conocido, es caro, quizá más que lo desechable: cuesta volver a poner a punto los SSME del orbitador, hay que traer los SRB del mar y dejarlos listos para un nuevo lanzamiento, o si el orbitador aterriza en Edwards tienes que llevarlo a Florida a lomos del 747 especial, que es un pastón en combustible y un follón logístico.

Si el sistema STS se hubiera modificado para hacerlo más eficiente creo que hubiera salido algo parecido al Energía y Energía-Burán. Y pensar que se podría haber creado un SLS hace 15 años…

AnonymousAnonymous

Claro los transbordadores volaron durante 30 años, (pusieron satelites en orbita, repararon telescopios, construyeron una estacion espacial) y no completaron ninguno de sus objetivos. El Buran hizo una sola mision (un cortisimo ensayo sin tripulacion) y es una joya de la ingenieria aeroespacial humana, la maquina perfecta y bla, bla, bla…que ya te pones canson…

Miguel Rodríguez

@Anónimo Los transbordadores hicieron todo eso multiplicando el coste y con retrasos, con respecto a haberlo hecho con lanzadores desechables. Pero al fin y al cabo podemos valorar los logros de los transbordadores porque han sido una realidad; por su parte el Burán no ha pasado de ser una promesa que no se ha llegado a materializar, que sospecho hubiera dado los mismos quebraderos de cabeza que el STS a la NASA.

Lo que ya me parece harina de otro costal es el lanzador Energía. Es una pena que se haya quedado en el olvido con la crisis de los últimos tiempos de programa soviético. Es el tipo de lanzador pesado que haría falta para ir más allá de LEO.

robertoroberto

El concepto de nave reutilizable volvera seguro antes o despues cuando la economia lo permita.

Magnifico blog,me encanta,,¿Alguna posibilidad de articulo sohre el proyecto Venturestar?
Gracias

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