El rompecabezas del cohete gigante SLS

Por Daniel Marín, el 30 octubre, 2012. Categoría(s): Astronáutica • NASA • SLS • sondasesp ✎ 37

El SLS (Space Launch System) es el futuro lanzador de la NASA y está destinado a ocupar el lugar del transbordador espacial como núcleo del programa espacial tripulado de la agencia. La NASA quiere utilizar este enorme cohete para lanzar la cápsula Orión/MPCV en misiones más allá de la órbita baja y para construir una estación espacial sobre la cara oculta de la Luna. Todo ello, si el dinero y el gobierno lo permite, a partir de 2017.

El cohete SLS despega en una misión tripulada con una nave Orión (fuente).

El pasado 25 de julio el programa entró oficialmente en la fase de diseño previo después de completar una revisión de todos los sistemas denominada SRR/SDR (System Requirements Review and System Definition Review). Esta fase terminará el año que viene y en este tiempo la agencia debe decidir la configuración final de cada una de las versiones del SLS. La variante inicial Block 1 tendrá una capacidad de carga mínima de 70 toneladas en órbita baja y usará dos cohetes de combustible sólido (SRB) de cinco segmentos desarrollados originalmente para los cohetes Ares del Programa Constelación y a su vez derivados de los SRB del transbordador espacial (de cuatro segmentos). La próxima primavera tendrá lugar un encendido de este motor en la prueba QM-1 (Qualification Motor 1). No será la primera prueba de un SRB de cinco segmentos, pero sí la primera de un SRB del programa SLS. Además de los SRB, la Block 1 usará cuatro motores RS-25D en la primera etapa (en realidad, SSME sobrantes del shuttle) y una ICPS (Interim Cryogenic Propulsion Stage) con un motor RL-10-B2 como segunda etapa (derivada a su vez de la segunda fase del Delta IV).

Cohete SLS Block 1 (NASA).
Versiones del SLS (NASA).
Modelo del SLS en el túnel de viento del Langley Research Center (NASA).

La siguiente versión, Block 1A, con una capacidad de 105 toneladas -que las malas lenguas dicen que nunca volará-, no empleará cohetes de combustible sólido, sino aceleradores avanzados (Advanced Boosters), que podrían ser de combustible líquido o sólidos. La empresa Dynetics ha presentado este año la propuesta más chocante para la construcción de estos aceleradores, que funcionarían con kerolox -oxígeno líquido y queroseno- y…¡motores F-1 del Saturno V! Dynetics y Pratt and Whitney Rocketdyne han firmado un contrato con la NASA de 73,8 millones de dólares para diseñar estos aceleradores  en 30 meses dentro de la iniciativa Advanced Booster Engineering Demonstration and/or Risk Reduction (ABEDRR). Los F-1A -versión con empuje variable de los F-1 del Apolo- permitirían aumentar la capacidad de carga del Block 1A hasta las 120 toneladas.

El SLS con los aceleradores de kerolox de Dynetics con los F-1 (Dynetics Inc).
F-1A de Dynetics (Dynetics Inc).

De hecho, en el pasado 63º congreso astronáutico IAC, Dynetics presentó una nueva familia de cohetes que hacían uso de estos aceleradores como primera etapa. Si se usase un acelerador del SLS Block 1A con dos F-1A como primera fase de un cohete como el Ares I/Liberty se podría alcanzar una capacidad de 30 toneladas de carga en LEO. Pero Dynetics no está sola en su pretensión de construir aceleradores de combustible líquido para el SLS, ya que Aerojet ha sugerido emplear su motor de kerolox AJ-1-E6.

 En realidad, el AJ-1-E6 (antes denominado AJ1000) es una versión modificada del motor NK-33 del programa lunar soviético con dos cámaras de combustión en vez de una (recordemos que Aerojet compró la patente para fabricar el NK-33 fuera de Rusia en una decisión que en su momento fue tremendamente polémica). Es decir, se trataría de dos motores NK-33 unidos para formar un único motor, algo parecido a la relación entre el RD-180 y el RD-191 de NPO Energomash. Puesto que este ‘NK-33 2.0’ tiene un 60% menos de empuje que el F-1, serían necesarios cuatro motores AJ-1-E6 (es decir, ocho NK-33) por acelerador para alcanzar la misma eficiencia que la propuesta de Dynetics, aunque Aerojet argumenta que es más sencillo modificar un motor que ya está operativo antes que resucitar el F-1, cuya línea de producción lleva muerta cuarenta años. Además, el NK-33 es más eficiente que el F-1, ya que es de ciclo cerrado. Por ahora, Dynetics va ganando, puesto que Aerojet se ha quedado fuera de la ronda inicial de contratos ABEDRR con la NASA. Pero no olvidemos que esto es una carrera de fondo y en todo caso quedan más de diez años para que un Advanced Booster esté operativo.

Por otro lado, la empresa ATK- fabricante de los SRB- no se ha quedado con los brazos cruzados y ha ganado otro contrato ABEDRR con la NASA de 51,3 millones para desarrollar unos cohetes de combustible sólido avanzados. Estos aceleradores usarían el combustible HTPB -empleado en otros motores sólidos- en vez del actual PBAN, además de usar una carcasa exterior de materiales compuestos con un característico color negro. Los SRB avanzados generarían un 20% más de empuje que los SRB tradicionales. En realidad, esta ‘nueva’ propuesta de ATK se parece mucho a una sugerida allá por los años 80 para aumentar la capacidad del transbordador en las misiones militares desde la base de Vandenberg, lanzamientos que fueron cancelados tras el accidente del Challenger.

SLS con SRB avanzados de ATK de color negro (ATK).
Thiokol -ahora ATK- ya propuso SRB con carcasa negra de materiales compuestos en los 80 (fuente).

La NASA también ha firmado un contrato de 12,1 millones de dólares con Northrop Grumman para desarrollar nuevos tanques de combustible de materiales compuestos más ligeros. Recordemos que la versión Block 1A usará también en la primera etapa cuatro motores RS-25E (SSME del shuttle modificados para no ser reutilizables, lo que abaratará los costes de producción), así como una etapa ICPS similar a la del Block 1. En cuanto a infraestructuras terrestres, la NASA está estudiando modificar para el SLS la rampa de lanzamiento móvil con torre de servicio construida inicialmente para el cancelado Ares I y que actualmente está ‘aparcada’ fuera del VAB del Centro Espacial Kennedy.

Brazo de acceso de la tripulación para la versión tripulada del SLS (NASA/Boeing).

La versión Block 2 tendría capacidad para situar 130 toneladas en órbita baja gracias a cinco RS-25E y una segunda etapa avanzada con dos motores J-2X derivados del programa Apolo, aunque si se empleasen los aceleradores de Dynetics con los F-1A se podrían poner 150 toneladas en órbita. En todo caso, es conveniente recordar que tanto la versión Block 1A como la Block 2 -denominadas conjuntamente como Evolved SLS– no están definidas aún y que en el futuro podrían fusionarse en una sola (o desaparecer). Pero imaginen por un momento que el SLS Block 2 se hace realidad. Esta versión podría terminar por emplear motores J-2X derivados del Programa Apolo, motores NK-33 del cohete N1 del programa lunar soviético y motores RS-25 del transbordador espacial. ¡Medio siglo de carrera espacial reunidos en un solo lanzador!


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37 Comentarios

  1. Daniel, mientras mostrabas en una entrada anterior rusia esta proyectando su remolcador con propulsion nuclear, ahora nos enseñas el estado de la contrapartida estadounidense… un rejunte de tecnologia espacial desde hace 50 años a la fecha. A pesar de todo como me gustaria ver volando ese rejunte!

  2. Carlos T. dice:

    A mi también me gustaria ver volando este engendro. ¡Hasta 130 Tm en orbita! Menudo bicho.

    Si a eso le sumamos el remolcador nuclear ruso de ayer y un futuro VASIMR de 1 MW podemos estar en Marte antes de que nos pongan en un pijama de madera, o en una urnita de metal…

    Saludos

  3. Protón, Semyorka, con variaciones o repotenciaciones pero el diseño base es el mismo… Ahora resucitan los F1… Me parece que el momento brillante de la ingenieria aeroespacial ya ha sucedido.
    Como en su momento fue el Renacimiento, ahora miramos hacia atrás para alimentarnos de una pléyade de ingenieros y científicos que nos dijeron cómo. Luego de ellos, nada…

  4. Buenas Daniel; llevo siguiéndo Eureka desde hace unos meses y me he echado un buen atracón de posts. Primero de todo felicidades por tu trabajo. En segundo lugar, ¿no existe ya una versión desechable del RS-25 llamada RS-68? Es una versión probada, muy simplificada, mucho mas barata y si no me equivoco hasta con mayor empuje (aunque supongo que menos eficiente). ¿Para que gastar mas dinero desarrollando el RS-25E? Gracias

    1. Por ese motivo el RS-68 era el motor elegido para el Ares V 🙂

      La razón de escoger el RS-25 es, aunque sea paradójico, el precio. Según la NASA, este motor sale más barato a corto plazo, ya que es posible usar las unidades e infraestructura del shuttle sin mayores problemas.

      Saludos.

  5. Daniel, una consulta que tiene que ver sólo lateralmente con el asunto de este artículo (disculpas) pero que quizás podría ser tema para un artículo:
    ¿Y si la NASA tuviese una urgencia para enviar alguien al espacio sin depender de los Rusos o los Chinos? Supongamos, órbita baja, para no complicar más el tema y por poner un ejemplo (absurdo y peliculero, por supuesto), Bruce Willis tiene que subir dentro de pocos días al espacio a hacer una trabajito para salvar el mundo…

    ¿Qué sería lo más lógico…
    – Acelerar el SLS y cápsulas actualmente en desarrollo,
    – Recuperar un transbordador,
    – Construir otro nuevo transbordador (Al fin y al cabo, la ingeniería ya está hecha y quizás los ya construidos no estén para nuevos viajes) ?

    ¿Se podría hablar de plazos? ¿Es sólo cuestión de dinero?
    Quizás sea una pregunta estúpida, pero hablando con amigos, entre cervezas, surgió la pregunta y ahora, la duda nos corroe…

    1. Puedes resucitar el Saturno V lunar que tienen en el centro de visitantes de Cabo Kennedy, y recuperar alguna apolo de un museo… o una Géminis y un Atlas…

    2. Pues creo que lo más rápido sería modificar una cápsula Dragon de SpaceX para mandar a alguien en el espacio. No tendría torre de escape y sería muy peligrosa, pero supongo que si es una emergencia se correría el riesgo.

      Saludos.

  6. De momento, con que salga adelante la versión Block-1 me doy por contento. Aparte de los avances en el SLS, es alentador conocer las iniciativas de Dynetics y Aerojet para desarrollar unos aceleradores más potentes.

    A mi realmente me entusiasma que un día puedan estar volando en un mismo cohete las tecnologías del Apollo, del N-1 y del transbordador, como ha apuntado Daniel.

    1. Bueno, el mero hecho de juntar esa tecnología (y ver que funciona) merecería la pena, pero nuevo-nuevo… nada nuevo bajo el sol. O sea, que como decía Prostok, la NASA está mirando hacia atrás.

      Sinceramente: a ver si el puzzle en que se ha convertido el SLS funciona. Pienso en otros puzzles del pasado, y miedo me da.

    2. Es que nuevo no hay nada en esto, el SLS es refrito desde el principio, pero es que llevamos algo más de 50 años mandando naves al espacio, y no hemos dejado de usar propulsión química.

      Pueden cambiar algo los mototores, los combustibles, etc, pero al concepto ya no se le pueden dar más vueltas.

      Y realmente me parece bien que la NASA mire al pasado si se trata de rescatar las mejores tecnologías.

  7. Interesante enjendro que une el desarrollo espacial de 50 años, para que cambiar algo si lo que ya existe puede funcionar perfecto, el objetivo es poner la Orion y cargas pesadas en el espacio y recuperar la capacidad perdida al menor precio posible nada mas. Alguno tal vez diria porque no usan ese dinero para desarrollar metodos nuevos, pero eso lo hicieron durante mucho tiempo con un gasto enorme (Shuttle, X-33, etc) y terminaron el lo mismo (capsulas).
    Claramente Rusia y Estados Unidos toman caminos distintos y no competiran en nada, veremos a donde se dirige China.

  8. Menos mal!!, ya me estaba preocupando porque no tenía noticias del SLS, pero ahora Daniel nos ha puesto al tanto.
    Supongo que eso de las tecnologías nuevas y que NASA mira para atrás, no es tan así, no están reconstruyendo un Saturno V están desarrollando un cohete nuevo, con tecnologías nuevas… se parece al Saturno V? y… si, pero no es lo mismo, solo un ejemplo: El Apolo usaba un ordenador en el que la memoria era cosida con alambres a mano por dedicadas señoras de la década del 60, como bien lo muestra Daniel en un post anterior… hoy el ordenador de la MPCV será brutalmente más sofisticado y potente, de la misma manera todo el SLS será mucho, pero mucho más sofisticado que el venerable Saturno V y si eso implica usar motores F1 refritados, motores NK 33 refritados también y motores y tecnologías del Transbordador… también refritadas… en buena hora pues!!!
    Excelente post Daniel, gracias!
    Soy Horacio de Argentina

    1. Sin embargo, si hablamos de algo totalmente nuevo, creo que yo que lo que están haciendo los rusos con lo del remolcador nuclear, eso si es revolucionario, pero no nos olvidemos que ese remolcalotodo deberá ser puesto en orbita por un bruto cohete como el SLS, si es que hablamos de uno que sirva para viajes tripulados (25 MW)
      De nuevo Horacio de Argentina.

  9. ¿Soy el unico al que le da la sensacion de que los ultimos 40 años hemos estado dando vueltas en circulos y ¿ahora? (¿o tal vez todavia no, sino que seria mas tarde?) volvemos a retomar la cosa donde nunca la debimos dejar aparcada hace 40 años?

    ¿Tal vez se suceda ahora la prevision de clarke de que en el 2040 (en odisea uno era en el 2001, unos treinta años despues de la escritura de la novela) tengamos una base permanente en la luna, y en el 2050 se hagan viajes tripulados a jupiter? Y siguiendo la secuencia, para el 2110 estariamos colonizando el sistema solar y descubiriamos extrañas formas de vida en europa… Pero, asi como para el 2040 es probable que yo lo vea, y para el 2050 se queda en solo posible, para el 2110 no quedaria de mi triste ser ni los huesos. Que pena :’-(

  10. En mi opinión tanto las versiones «pesadas» del sls, como el trasnbordador nuclear ruso y la estación en la cara oculta parecen más casos de «wishfull thinking» que proyectos con opciones reales. Son grandes inversiones en proyectos complejísimos que realmente no aportan gran cosa a la exploracion espacial a corto plazo en comparacion con lo que se podría aprender con varias sondas a diversas lunas del sistema solar (por poner un ejemplo).

    La única ventaja que veo a esos proyectos es que serían pasos importantes de cara a desarrollar tecnologías necesarias para viajes más lejanos.

    1. Las órbitas iniciales (y únicas alrededor de la Tierra ) de los APOLO eran de unos 170/180 km. de altura y en los lanzadores actuales la capacidad se refiere a órbitas bajas de unos 250 Km. de altura, la diferencia no es mucha realmente.

    2. Hombre, ¡vaya si hay diferencia! 20-25 toneladas para ser exactos. Deberías saber que la Tierra está rodeada por una bonita capa de gases llamada atmósfera, de tal forma que cualquier órbita a 170 km tiene una duración de unos pocos días. Y como no tiene mucho sentido contabilizar la capacidad de carga de un cohete en una órbita tan baja, pues nadie lo hace, porque vas a tener que necesitar combustible (ergo, menos carga útil) para elevar la órbita. Y si calculamos capacidades a 170 km para el Saturno V, lo deberíamos hacer con todos los demás lanzadores. Pero el caso es que nadie lo hace, y por eso la capacidad del Saturno V era de 115-120 toneladas.

      Pero bueno, todo esto ya te lo he dicho en otras ocasiones, pero como veo que da igual, pues pa’ti la perra gorda, como dicen en mi tierra. Eso sí, te animo a que no te detengas ahí y, ya que estamos, quédate con la capacidad del Saturno V a 100 km de altura, hombre. O mejor a 50 km.

    3. Estamos hablando de un cohete que ha existido con la HIPOTÉTICA versión mas potente de uno que existirá en un futuro; tu mismo escribes » Es decir, la versión mas potente igualaría el record de APOLO-15, unas 145 toneladas en órbita terrestre » , claro es verdad en una órbita mas alta.
      No te pongas así hombre, otra vez discutimos sobre la mayor masa en órbita (un POST tuyo ), que tu afirmabas que era un vuelo STS y yo el APOLO-15, me dijiste que la órbita del APOLO era» «inestable» y te contesté que mas inestable era la del STS con 16 Km de perigeo antes del encendido OMS-1; tu respuesta, recuerdo, era que no tenia sentido discutir sobre «quien la tenia mas grande » o una cosa así.. hayyyy.
      Fíjate que lo de la atmósfera no lo sabía yo me preguntaba para que servirían los satelites-balones de la serie ADE (Explorer ) ..je,je,je,…
      Bueno no te entretengo más . Saludos.

  11. Cada vez disfruto más con tus entradas, Daniel. No se de donde sacas tiempo para escribir tanto y tan bueno, pero aunque no nos cuentes el secreto sigue así muchos años, por favor. Si algún día me hago asquerosamente millonario te meto en una Soyuz de cabeza… o en el lanzador que se use en el momento, que me da que lo de los millones va a tardar bastante.
    Muchas, muchas gracias por saciar mi curiosidad!

  12. Tras el escaso exito con el Suttle parece inteligente volver a tecnologias mas prudentes. La estructura no es demasiado diferente de un Ariane V, eso si, esto es mas grande.
    Saludos, Raul.

  13. 1- PROPUESTAS ALTERNATIVAS USANDO EL SLS
    ¿Cómo va el proyecto actual del cohete SLS y qué motores de combustible líquidos se le podrían colocar a este cohete en vez de esos 5 «debiluchos» RS-25E que propusieron? de manera tal que sea más potente y para que en su 2da. versión de carga pesada pueda quizás (expeculando yo) elevar a LEO 160 Tn o alcanzar el LHS.
    ¿Podrían ser 5 motores J-2X? o 5 F1 resucitados del saturno?
    ¿Se le acabaría el combustible muy rápido?
    ¿Cómo quedarían sus prestaciones usando estos motores y qué pasaría si en vez de 2 SRB fueran 4? quizás 2 gemelos para no entorpecer la geometría inferior en las que están dispuestos los 5 motores del núcleo.
    ¿En cuánto se incrementarían los costos si fuesen así? ¿Porqué algunas páginas dicen que el diseño actual del SLS coloca en LEO 143 Tn?
    ¿Son 130 o 143 Tn que puede elevar con el diseño actual? porqué muchos sitios hablan que podría montar 143 Tn en LEO…

  14. Quieren reinventar la rueda, cuando la han tenido y ahora ya no hay dinero ni motivación política. Que linda fue la época (no hace mucho) en que antes de convertirse en una agencia de producción de lindos powerpoints, la NASA hacía cosas de verdad como esta:
    http://youtu.be/i8OiXKwdWMk

  15. Un saludo desde Mexico, noto ciertas similitudes con el Proton M, quiza mi pregunta suene estupida, pero crees que haciendo las adaptaciones posibles a la vaina o area de Payload del cohete pudiese acomodarse en lugar de una capsula Orion – que es del pre diseño – una capsula Dragon (diseñada y operada por SpaceX que es Re utilizable) para futuras misiones de manejo de carga en grandes cantidades al espacio. Actualmente estamos inmiscuidos variosinvestigadores en el diseño hipotetico de un SCC Space Carrier Container, ( una especie de buque porta cointenedores espacial)posicionado en GEO, ára envios y recolecciones masivas hacia/desde Marte.. Saludos

  16. Muy buena página, soy nuevo en el tema y me doy cuenta que me apasiona. Tengo una pregunta que fué por la cual el buscador de Google me orientó acá. El motor RS 25 usado en los trasbordadores es el mismo que usarán ahora en el SLS tengo entendido que con algunas mejoras, ese motor es de ciclo abierto o cerrado? esa es mi duda. Disculpen desde ya mi ignorancia.

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Por Daniel Marín, publicado el 30 octubre, 2012
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