Lanzamiento Soyuz ST-B (Galileo IOV-2 / VS03)

La empresa Arianespace lanzó el viernes 12 de octubre a las 18:15 UTC un cohete Soyuz ST-B (Soyuz ST-B nº 002 /Fregat-MT nº 1031) 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). Se trataba de la misión VS03 (Vol Soyouz 03) o IOV-2 (In Orbit Validation program) para situar en órbita dos satélites (Galileo FM-3 y FM-4) del sistema de posicionamiento europeo Galileo. Éste ha sido el tecer lanzamiento de un cohete Soyuz ST y el segundo de la versión Soyuz ST-B (una variante del Soyuz-2-1B). La carga útil de este lanzamiento, incluyendo los dos satélites Galileo era de 1580 kg. La órbita de transferencia inicial fue de 202 x 23 248 km y 56º de inclinación.

Lanzamiento de la misión VS03 (Arianespace).

Galileo FM-3 y FM-4

Los satélites Galileo FM-3 (apodado David) y FM-4 (Sif) son la segunda pareja de vehículos de la fase IOV del nuevo sistema de navegación europeo. Han sido construidos por EADS Astrium (plataforma) y Thales Alenia Space Italia (integración) para la ESA y cada uno 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 paneles generan 1420 W de potencia y se estima la vida útil de los satélites en unos 12 años. Estarán situados en una órbita de media altura MEO (Medium Earth Orbit) a 23616 kilómetros de distancia con una inclinación de 54,7º. Éstos han sido los últimos satélites FM/IOV, de los que se han lanzado cuatro en total. Los siguientes lanzamientos pondrán en órbita vehículos totalmente operativos de la serie FOC (Full Operational Capability). Se espera completar la constelación Galileo hacia 2015 lanzando 26 satélites adicionales mediante cinco misiones de cohetes Soyuz-ST (con dos satélites cada uno) y cuatro de Ariane 5 (con cuatro vehículos por misión).

Satélite Galileo (ESA).
Carga de combustible en el galileo FM-3 (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). Actualmente existe cierto solapamiento en las frecuencias con el sistema de posicionamiento chino Beidou, pero se espera corregir este problema en los próximos años. 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 de rubidio con una precisión de 1,8 nanosegundos cada doce horas. La precisión espacial del sistema Galileo podrá alcanzar los 30 cm sin ayuda de estaciones terrestres. Además de las antenas en banda L, cada satélite incluye una antena en banda C para recibir datos desde tierra y dos antenas en banda S para telemetría.

En 2005 y 2008 fueron lanzados los satélites de prueba GIOVE-A y GIOVE-B para demostrar las tecnologías asociadas al sistema Galileo. En octubre de 2011 se lanzó el primer par de Galileo IOV, los Galileo PFM y FM-2. 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.

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 (LOX) en sus tres primeras etapas y combustibles hipergólicos en la cuarta fase Fregat. Tiene una masa de 312 toneladas al lanzamiento, 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 34 m 40 s: segundo encendido de la etapa Fregat.
T+3 h 39 m 57 s: segundo apagado de la etapa Fregat.
T+3 h 44 m 57 s: separación de los satélites.

Montaje del lanzador (Arianespace).
Etapa Fregat-MT del VS03 (Arianespace).
Preparativos de los satélites (Arianespace).
Integración con el dispensador de lanzamiento (Arianespace).

Traslado del cohete a la rampa (Arianespace).
Integración con la carga útil (Arianespace).
Lanzamiento (Arianespace).
Vídeo de las preparaciones para el lanzamiento:


7 Comentarios

  1. Me resulta muy interesante este tema.

    Si se me permite una sugerencia de tema, tengo la siguiente pregunta: ¿cómo se hace para llevar estos satélites a su órbita exacta con precisión?

    Quiero decir, para que un receptor GPS (o Galileo) sepa con exactitud de unos pocos metros su posición, necesita también saber con exactitud las órbitas y relojes de los satélites. Y entiendo que para que mi receptor no se vaya 10 metros de su posición, entonces el satélite que me emite la señal, tampoco puede irse 10 metros de su órbita, ¿no?. Sin embargo, me fascina el cómo se debe hacer para poner un satélite en una órbita exacta en mitad del espacio, del vacío, sin una referencia «clara».

    Si fuera un satélite repetidor de televisión, pues supongo que no sería grave que se fuera varios metros o igual incluso kilómetros de su órbita teórica, pero en este caso, no creo que se lo puedan permitir, y no tengo ni idea de cómo pueden conseguirlo.

    Un saludo !

    1. Tengo entendido que los satélites tienen un sistema de propulsión propio que les permite ajustar su posición con exactitud. Durante el trayecto de su órbita se altera su posición por la pérdida causada por la gravedad que obliga al satélite ha hacer una trayectoria helicoidal hacia la Tierra. Esta pérdida es muy pequeña, pero con el paso del tiempo se va acumulando hasta volverse inaceptable. También leí que hay un sistema en la Tierra que produce una señal exacta de triangulación que el satélite verifica y el error encontrado le indica cómo ajustar sus motores para posicionarse correctamente. Corríjanme si me equivoco. Saludos.

    2. Gracias LattisNet, precisamente a eso me refería, a los mecanismos para conocer cuál debe ser la órbita exacta y cómo ajustarse a ella 🙂

      Suena bastante lógico eso de tener otro sistema en tierra que emita señales de triangulación para los satélites, y que a partir de allí se ajusten a la órbita. A ver si alguien puede ampliar más detalles 🙂

      Un saludo

  2. los gps funcionan triangulando la posicion. el aparato mide la distancia que hay entre él y el satelite, para ello sabe que la señal viaja a la velocidad de la luz, ambos llevan reloj, sincronizando la señal se averigüa el retardo, y multiplicando este por la velocidad de la luz te sale la distancia, el resto es triangular. por eso la base es el reloj, cuanto mas preciso es este mejor se precisa el retardo de la señal en llegar y mejor se sabe la distancia, y por ende la posicion. saludos. jorge.

    1. LattisNet te corrijo en dos cosas:primero, la gravedad no hace descender al satélite en forma helicoidal, sería la fricción de la atmósfera, que a la altura del satélite es mínima; en todo caso los efectos gravitatorios debido a las irregularidades de la Tierra , los efectos del Sol y la Luna producen fenómenos de precesión por ejemplo, que cambian parámetros que definen la órbita.En segundo término, y mas fundamental, la órbita del satélite no tiene que ser una órbita precisa pre-establecida..solo se tiene que conocer EXACTAMENTE su posición y EL TIEMPO en que se emiten las señales.El reloj ultrapreciso_corregido tambien de acuerdo con las transformaciones de Lorentz.
      El satélite envia información exacta de la HORA y de su POSICIÓN (se llaman efemérides ) , que es determinada con ayuda de estaciones terrestres dedicadas a ello contínuamente.El receptor las decodifica y calcula su posición por triangulación.
      Estas señales van «degradadas»en su exactitud ,por el controlador , para usos civiles; científicos y militares reciben señales más precisas.
      El anónimo tiene bastante razón. Saludos de otro anónimo.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 13 octubre, 2012
Categoría(s): ✓ Astronáutica • ESA • Lanzamientos • Rusia • sondasesp