Así explota un cohete de aterrizaje vertical (adiós al F9R Dev-1)

Por Daniel Marín, el 24 agosto, 2014. Categoría(s): Astronáutica • Cohetes • Comercial • Sondasespaciales ✎ 57

Como suelen decir, “rocket business is risky business”. El F9R Test Vehicle, más conocido como ‘Grasshopper 2’ (saltamontes), era un cohete de despegue y aterrizaje vertical que la empresa SpaceX ha usado para probar las técnicas de reutilización de la primera etapa del Falcon 9 y que nos ha proporcionado algunos vídeos realmente espectaculares. Y hablamos en pasado porque desgraciadamente el día 22 de agosto resultó destruido durante una prueba al activarse el sistema de autodestrucción o FTS (Flight Termination System) por causas desconocidas. El accidente se produjo poco después de que el vehículo despegase desde las instalaciones que tiene SpaceX en McGregor, Texas.

[youtube]http://youtu.be/EgGVkw9zjI8[/youtube]

Este prototipo del F9R, también denominado F9R Dev-1 o F9 Reusable Development Vehicle, dispone de tres motores Merlin en vez de los nueve que lleva la primera etapa del Falcon 9R y el Falcon 9 v1.1 (el F9R es básicamente idéntico al F9 v1.1, pero tiene patas de aterrizaje desplegables en la primera fase) y es un descendiente mejorado del primer Grasshopper que SpaceX usó para poner a prueba las tecnologías asociadas con el despegue y aterrizaje vertical de un cohete.

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El F9R Dev-1 o Grasshopper 2 (SpaceX).

El primer Grasshopper, dotado de un único motor Merlin 1D, realizó un total de ocho vuelos entre el 21 de septiembre de 2012 y el 7 de septiembre de 2013, alcanzando una altura máxima de 350 metros. El Grasshopper 2 comenzó con un programa de pruebas mucho más ambicioso y el 1 de mayo de 2014 logró alcanzar nada más y nada menos que el kilómetro de altura:

[youtube]http://youtu.be/ZwwS4YOTbbw[/youtube]

Contando el vuelo del día 22, el F9R Dev-1 se ha elevado del suelo en cinco ocasiones desde el 17 de abril de 2014 durante su corta pero intensa vida útil.

La pérdida del F9R Dev-1 ha tenido lugar después de que SpaceX haya logrado depurar la técnica de descenso y amerizaje de la primera etapa del Falcon 9 durante misiones reales. Y es que la empresa de Elon Musk llevó a cabo por primera vez el descenso controlado de una primera etapa del Falcon 9 el 29 de septiembre de 2013 durante el primer lanzamiento del Falcon 9 v1.1, pero lamentablemente entonces el cohete resultó destruido al impactar contra el océano Pacífico a una velocidad demasiado elevada. SpaceX no se rindió y el 18 de abril de 2014 logró un histórico éxito al conseguir el amerizaje suave de la primera etapa de un Falcon 9 en la misión Dragon SpX-3, aunque en esta ocasión el cohete resultó fuertemente dañado por el oleaje antes de hundirse en las aguas del océano Atlántico.

[youtube]http://youtu.be/er66BActC4E[/youtube]

Por fin, el pasado 14 de julio SpaceX logró un amerizaje suave de la primera etapa del Falcon 9R que lanzó seis satélites de comunicaciones Orbcomm. El vídeo del descenso de dicha etapa, filmado desde un avión, es un poco movido, pero ciertamente no por ello es menos espectacular:

[youtube]http://youtu.be/uIlu7szab5I[/youtube]

… y este es el vídeo de la maniobra vista desde una cámara montada en el propio cohete:

[youtube]http://youtu.be/CQnR5fhCXkQ[/youtube]

Tras estos éxitos está claro que SpaceX no depende exclusivamente del F9R Dev-1 para probar las técnicas de reutilización de los cohetes Falcon. En cualquier caso, el F9R Dev-1 era un vehículo de prueba que, como todos los vehículos de prueba, servía para llevar al límite la maquinaria en condiciones que no se pueden reproducir durante un vuelo real. Por este motivo, SpaceX ya ha declarado que construirá un F9R Dev-2 para sustituir al vehículo desaparecido. Este nuevo Grasshopper estará basado en las instalaciones de Spaceport America, Nuevo México, y no en McGegor. De esta forma SpaceX evitará las limitaciones de altura máxima para los vuelos del Grasshopper que existen en Texas, donde solamente es posible alcanzar tres kilómetros. El F9R Dev-2 probará el descenso de la etapa en vuelos suborbitales supersónicos con alturas máximas que alcanzarán los 91 kilómetros.

Captura de pantalla 2014-08-24 a la(s) 21.04.26
Otra vista del F9R Dev-1 (SpaceX).

El próximo intento de amerizaje de un F9R tendrá lugar en la misión Dragon CRS-4 a finales de septiembre y, como en las anteriores ocasiones, no se intentará recuperar la etapa tras el amerizaje. Sin embargo, durante los vuelos 14 y 15 del Falcon 9 SpaceX probará el aterrizaje de la etapa sobre una barcaza, un paso previo al primer aterrizaje en tierra firme que tendrá lugar en algún momento durante 2015.

En estas misiones la primera etapa debe efectuar una maniobra para girar 180º justo después de la separación de la segunda fase. Entonces se encienden tres de los nueve motores Merlin 1D  para iniciar una maniobra de retopropulsión supersónica y acercar la etapa a la costa. Una vez controlado el descenso, el motor central se enciende durante la fase final para llevar a cabo un amerizaje/aterrizaje suave.

La pregunta del millón es, por supuesto, si SpaceX logrará hacer rentable la técnica de reutilización del Falcon 9. Para ello será necesario que la empresa lleve a cabo un elevado número de lanzamientos al año. Y por ahora no está nada claro que SpaceX pueda hacerse con una cuota de mercado lo suficientemente alta como para justificar la reutilización de sus equipos. La historia de los vehículos espaciales reutilizables está repleta de fracasos y falsas expectativas. Pero está claro que eso no parece intimidar a SpaceX.



57 Comentarios

    1. La juez Susan Branden rechazó las peticiones de la USAF y de ULA para desestimar la demanda de SPACEX. Esto significa que la demanda es legítima, pero no que el contrato USAF-ULA sea ilegal (esto aún está por ver). El pasado 24 de julio la juez propuso a ambas partes explorar la opción de la mediación para resolver la disputa. La mediación consistiría, si no entendí mal, en revisar el contrato con ULA dejando algunos lanzamientos para que la USAF se los contrate a SPACEX cuando esta empresa obtenga la certificación necesaria… Pero esta mediación, si aceptan realizarla, no empezarían a negociarla hasta septiembre-octubre de este año.

  1. Me sorprende que lancen los cohetes “en mitad del prado” como quien dice. Si hay vacas, hay personas… ¿No es un poco peligroso, precisamente por lo que ha ocurrido?

    1. Por suerte el sistema de autodestrucción en vuelo ha funcionado bien y el cohete no ha salido de la zona de seguridad, pero se encendieron unos matorrales.

  2. Bien por su éxito mediático. Mal por insistir en sistemas reutilizables. La propulsión química no es la que nos llevará fuera del sistema solar. Mientras no arreglemos eso, no tiene caso reutilizar

    1. Ellos solamente quieren ponerse en órbita terrestre. Si hay alguna alternativa a la propulsión química para este propósito, háznosla saber.

      1. No hay alternativa actualmente. Por eso repito: No tiene caso reutilizar el cohete. Eso sólo les resta eficiencia. Pero Jimmy Murdok lo dijo aún mejor: “Es la nasa la q debe probar nuevos sistemas. Space X debe ser rentable” y dejar de gastar en sistemas reutilizables. Reutilizables + Químicos = ineficiencia.

        1. Hombre, si quieres rentabilidad, mucho mejor un avión que se pueda usar para hacer cientos de viajes que uno que sólo se pueda usar una vez, digo yo.

          No veo por qué va a ser distinto para un lanzador que para un avión.

          1. ¿No ves por qué motivo va a ser diferente para un lanzador y un avión? Pues por el mismo motivo que un coche no utiliza un reactor ni un avión (excepto alguna honrosa excepción) un motor de pistón.

            El problema aquí es que reutilizar algo decenas de veces es una cosa y centenares de veces es otra, el orden de magnitud necesario para hacer tan rentable un aparato, requiere una complejidad enorme, que en casos llega al absurdo y encarece el proyecto por encima del factor de reutilización.

            A mi no me parece mal que busquen reutilizar la primera etapa, es más creo que la jugada puede no salirles nada mal, pero no confundamos términos, reutilizar por reutilizar en tecnologías espaciales (ojito porque ahí entra el factor demanda, que daría mucho que hablar) ha sido un error. SpaceX ha hecho cuentas, esperemos que les salgan, pero no es tan fácil como unir reutilización y rentabilidad.

          2. Hombre, Txemary, me da que estamos de acuerdo de lo fundamental (aunque no termino de entender lo que quieres decir con el primer párrafo).

            Ok, no es automático, van a tener que trabajárselo, y el éxito no está garantizado.

            Tenemos el ejemplo claro del Shuttle, que demuestra que reusabilidad no implica automáticamente mayor economía. Correcto. Aún no tenemos ninguna prueba factual de que un vector reutilizable pueda ser más barato que un “expendable”. Correcto también. Ahora bien, la ausencia de prueba no es prueba de ausencia, y en este momento hay unas cuantas compañías y agencias que están “en el ajo” (o sea, que algo saben de esto), y que parecen creer en la posibilidad.

            Además de SpaceX (y sin pretender ser exhaustivo), Reaction Engines (Skylon), la Fuerza Aerea americana y la agencia DARPA (proyecto XS-1); y apuntados al XS-1, Virgin Galactic, Boeing, Blue Origin, Northrop Grumman, Masten, XCOR, y unas cuantas más. Todos estos están trabajando en alguna forma de reutilización de vectores de lanzamiento.

            Y hay otras iniciativas menos mediáticas en marcha.

            Respecto a que sea obligatorio que un lanzador reutilizable deba serlo “cientos de veces” para resultar más económico, no estoy yo tan seguro. Eso también está por demostrar. ¿Qué datos hay para afirmar que no vaya a serlo a partir de veinte, o de diez, o de seis, …?

            En todo caso, de momento todo son especulaciones nuestras. Ya que no estamos dentro no nos queda otra que esperar y ver.

            La esperanza es lo último que se pierde …. 😉

          3. A ver, en lineas generales estamos de acuerdo, de hecho tu comentario de más abajo me parece muy acertado, pero el primer párrafo lo he puesto para ejemplificar que problemas tecnológicamente distintos no son equiparables, los requisitos técnicos y económicos (sobre todo estos) necesarios para hacer volar un avión de pasajeros y un cohete, no tienen nada que ver, o poco. Por eso no se puede decir que “reutilizar” es “rentabilizar”. Principalmente porque no hay demanda, es un hecho, el hecho que derrotó al shuttle (entre varios otros como 14 muertos…), lo que se pretende creando estos vectores reutilizables es A) impulsar esa demanda o B) Ser el primero en abaratar costes y comerte el mercado (También hay un C) que sería hacerlo porque “yo lo valgo” es decir para decir que tu tecnología es mejor que la de los demás o D) por requisitos militares que ellos sabrán.. pero estas no cuentan para lo que hablamos). Por supuesto lo de que hacen falta del orden de un centenar de lanzamientos, es una apreciación mía sin ánimo de demostrar nada, que seguramente sea errónea, pero si tenemos en cuenta que el proceso de recuperación implica un montaje y unos procesos de verificación equivalentes o superiores a los de montaje (porque claro, ha habido un uso), tiene que ser caro sí o sí y por tanto tiene que necesitar de más lanzamientos para resultar rentable, ese es el factor principal a eliminar, SpaceX por ejemplo quiere minimizar eso con una “vuelta a la base” minimizando costes de recuperación y sobre todo de tiempo, lo cual me parece muy buene idea.

            Saludos!

        2. @Chatito: no me mal interpretes, me encanta que Space X se las gaste en reutilización, y creo que aterrizar una etapa de 30mill de USD en una barcaza es rentable.

        3. Claro, los costes de investigación se pagan a escote y los beneficios de explotación me los quedo yo. Pura logica económica. Incluso reclamaré una subvencion por i+d+i.

      1. Yo me mantendría cauto sobre opinar si debería o no desarrollar tecnologías de reutilización por su cuenta, sin saber realmente el plan que tiene en mente.

  3. Bueno,la historia de los cohetes esta llena de fracasos y este es uno más así que animo a los de Space X y esperemos que logren ajustar los costes de del Grasshopper y no ocurra como con el space shutte en el los gastos de mantenimiento lo hacian tremendamente caro.

  4. commercial infrastructure and support Industries, 37% ($117.49 billion)commercial space products and services, 39% ($122.58 billion)U.S. government space budgets, 13% ($41.26 billion), and non-U.S. government space budgets, 11% ($32.84 billion)
    Como podeis ver se mueve dinero.este reves es poca cosa y no me extraña k elon kiera su parte del pastel de las fuerzas aereas

    1. Perdonar pero con el movil no se ni k pongo.estos datos son del informe de actividad espacial del 2013 k suponen un incremento del 4% con respecto a 2012.

  5. Bueno, tanto Elon Musk (CEO), como Gwynne Shotwell (presidenta y COO) de SpaceX, han dicho más de una vez que si no hacían algún que otro cráter durante las pruebas del Grasshopper o el F9R-Dev1, es que estaban siendo demasiado poco ambiciosos en los tests.

    Supongo que ahora ya no podrán repetirlo, aunque me da que tampoco es que se vayan a poner contentos por haber perdido un artículo de pruebas que vale una pasta (por comparar, un Falcon9v1.1 se “vende” por unos 50-60 millones de dólares, así que el cohete destruido debió costar una fracción significativa de esa cantidad).

    Al menos ahora no podrán desdecirse y echarle los perros encima a sus ingenieros. 😉

    En todo caso, para eso son las pruebas, ¿no?

    Son tantos los que han hecho propuestas para lanzadores reutilizables en los últimos 50 años, tan pocos los que han pasado de la fase de power-point, y aún menos los que han llegado a construir un prototipo y realizar pruebas con él (por no hablar de que hasta ahora ninguno ha alcanzado el éxito, ya sea por motivos técnicos o financieros).

    Personalmente estoy bastante convencido de que la presente falta de un vector de lanzamiento reutilizable no es tanto debido a imposibilidad técnica, como a problemas económicos; de haber visto más claro el negocio, de no haber dependido tanto de los contratos estatales, las empresas aeroespaciales habrían desarrollado y construido un lanzador reutilizable hace ya bastante.

    Esperemos que esta vez sea la buena … aunque yo, por si las moscas, no contendría el aliento todavía ;-P

  6. El astillero orbital comprenderá una plataforma espacial equipada con dos brazos manipuladores situada en la órbita terrestre, informa Interfax.

    El objetivo principal de la nueva estación será la construcción de estaciones espaciales directamente en la órbita, lo que eliminaría las restricciones de peso y de tamaño vinculadas con los lanzamientos desde la superficie de la Tierra.

    Uno de los usos para la plataforma será la construcción de naves espaciales interplanetarias. En el futuro la plataforma será una de las partes de la estación orbital rusa.

    Según el programa de desarrollo para los años 2016-2025 presentado al Gobierno de Rusia, Roskosmos planea realizar el proyecto de un astillero orbital en varias etapas. La agencia intenta presentar el anteproyecto de la estación en 2021, preparar la documentación técnica para 2022 y llevar a cabo los ensayos terrestres en 2023. Según las estimaciones preliminares, la plataforma costará en torno a 3,6 billones de rublos (unos 100 millones de dólares estadounidenses), tendrá un peso de 8 toneladas y su plazo de explotación será de 10 años.

    Además, el proyecto del Programa Federal Espacial presupone la exploración de la Luna y la preparación para la construcción de una base permanente en el satélite terrestre.

    http://actualidad.rt.com/actualidad/…ves-espaciales

    Ojalá Rusia cumpla éste objetivo, es ilusionante ver que algunas naciones tienen proyectos ambiciosos mientras otras cada año recortan más y más. (por no decir que en europa se pelean los franceses, alemanes e ingleses y al final no hacen nada juntos).

      1. Hombre lo de “Astillero Espacial” suena un poco heavy, pero al final es un modulo de 8T con 2 brazos robóticos con idea de realizar pruebas en tierra para 2023. Un poco difuso…

  7. No entiendo para que tanta complicación. ¿No es incomparablemente mas facil y barato cosas como un sencillo paracaidas, airbags,etc. para la reutilización?

    1. Es mucho más complejo, en ocasiones puede que sí, pero generalmente no, uno de los inconvenientes de usar paracaidas es que pierdes maniobrabilidad, mucha y necesitas un operativo grande y caro para recuperar rápidamente el aparato. En el buscador de la página encontrarás varios artículos al respecto.

    2. El problema que tiene es doble: para empezar, con paracaídas, las etapas caen al mar, que es muy corrosivo y daña con facilidad los materiales. Por otro lado necesitas un complejo operativo de barcos, radares, etc. para saber donde ha caído exactamente e ir a buscarlo. Todo eso encarece mucho el precio.

      1. Hombre a ver… no tiene por qué caer en el mar, los energía se diseñaron con una mezcla de paracaidas, tren de aterrizaje y retrocohetes ( https://danielmarin.naukas.com/2014/04/30/los-cohetes-que-volvian-casa/ ) pero claro, meter esos 3 sistemas no era nada fácil, de hecho en los dos primeros lanzamientos no se incluyeron porque eran muy complejos. Y claro, puedes evitar aterrizar en el mar… Si eres Rusia y tienes media Asía a tu disposición, si no, como dices, al mar, a hacer pruebas y protocolos más caros para evitar la corrosión.

  8. Tampoco veo claro k spacex kiera k un trozo d cohete con patas aterrice.tan dañina es el agua comparada con las tensiones y temperaturas k tiene k soportar? No se recuperaban y reutilizaban los boosters.y los costes d recuperacion no son ridiculos comparado com lo k cuesta fabricar y lanzarlos.la complejidad de la operacion de retofno es considerable:mas tiempo de funcionamiento de los motores mas peso en combustible ,estabilizacion perfecta frente a vientos fuertes y no vale cualkier sitio para aterrizar maxima precision para aterrizar en una pista.no puede ser en campo y si pilla un talud o una zona empedrada o ha llovido hace dias y esta empantanado y si aterriza sobre un negro en fergusson.hay k mandar a toda la guardia nacional a rescatarlo(al cohete no al negro).todo dicho desde la mas profunda ignorancia

    1. A ver, no es ninguna tontería lo que dices, pero trataré de explicarte por partes lo que comentas.

      Los boosters del shuttle, se recuperaban, pero eran de combustible sólido, menos dados a problemas al ser recuperados del mar, se diseñaron para ello (lo que introdujo un sobrecoste). Y el valor de recuperación no compensaba tanto como parece, se recuperaban muchas piezas e incluso la carcasa, pero se tenía que volver a montar, esto con un cohete más complejo como el de SpaceX sería más caro, o bien de operar o bien de diseñar, pero más caro. ¿Tanto más caro como para contrarrestar lo que están intentando, es decir, solventar los problemas de aterrizaje y tensiones? Pues en principio sí, puesto que si la maniobra de giro es precisa, no requiere rediseñar el cuerpo del cohete, es decir, no se introduce coste. ¿Es ese giro complicado? Pues por las pruebas que han hecho ya… no parece serlo.

      Respecto a donde aterrizar en tierra, la idea que llevan es “volver a la base” eso reduciría al máximo los costes de recuperación del cohete, parece que no, pero una operación de recuperación implica bastantes medios aéreos (incluso pesados) y tal vez marinos, es decir, una salvajada de personal. Para un organismo público el coste es el de ese personal, pero claro, también cumple otras funciones, una empresa privada tendría que o bien tenerlos en pantilla o bien subcontratarlos, lo que dispararía el coste.

      Todo lo que dices sobre el tiempo de funcionamiento y complejidad de la estabilización es totalmente cierto, peeero está ahí ahí, así que SpaceX está convencido de que puede solventar esos problemas con poco sobrecoste… ya veremos, yo espero que sí.

  9. Bueno, no sabemos si el Falcon 9 lo podran hacer totalmente reutilizable, pero al menos, estan estudiando como hacerlo. ¿Cuanto costara? ¿Sera rentable? Imagino que habran hecho algunos estudios preliminares, (recordemos que SpaceX es una empresa privada, no una agencia gubernamental…donde al final siempre acaban hinchandose los presupuestos) y habran llegado a la cinclusión de que sí. Elon en una entrevista dijo que el gasto de propergol era sobre un 4% del gasto total: por eso se pueden permitir gastar algo mas en la recuperación del cohete. El gasto grande es la primera etapa en si, no el combustible.

    Yo, al menos, veo que esta gente se mueve

    PD: ¿por cierto Daniel, cuando nos explicaras algo sobre la “gran esperanza blanca”: Skylon…porque eso que dijiste…”la semana que viene hago una entrada sobre ello” hace ya varias semanas que fue? Gracias de todas formas por tu magnifico blog.

        1. Pues la verdad es que viendo lo pesados que estáis con el tema, me he puesto a leer sobre skylon y su motor, SABRE , y bueno, otro que está esperando con interés a que publique Daniel el post xDDDDDD

          +1 a lo de los comentarios 😉

  10. ¿Por qué todo debe ser rentabilidad?. Si al hombrón de SpaceX se le ocurrio diseñarlo de esa manera porque cuando era niño le gustaba de esa manera, problema de él. Yo creo que es espectacular y es el único que se la juega.

    1. Ni siquiera Elon Musk tiene dinero suficiente para desarrollar y construir los cohetes que quiere hacer.

      O sea que, o SpaceX es rentable, o va a la quiebra y se acaban los Falcon.

      1. De momento si ves la cartera de lanzamientos ya se ha hecho con una parte muy importante del pastel a nivel mundial,y respecto a la reutilizacion lo dificil va a ser la reutilizacion de la segunda etapa, de momento parece ser que no se han gastado un dolar en intentarlo,como diria el cholo Simeone pasito a pasito

    1. Excelente pregunta. Muchos han dicho que lo mas caro son los operativos de rescate. Yo pienso que lo mas caro es no ser eficientes. Si usaran motores desechables criogenicos de ciclo cerrado rico en oxígeno, serían tan eficientes que lanzarían varios satélites. Aunado al alto volumen de producción que abarataria la construcción de merlins en cadenas de montaje en serie. Se ahorrarían más que cargando el peso muerto del combustible que tienen que guardar para regresar la estructura a la base.

      1. Puntualizo, no se ha dicho que sea lo “más caro”, se ha dicho que es muy caro, sobre todo para una empresa privada, lo más caro obviamente es producir el motor y el cohete… y como dices, hay alternativas desechables muy eficientes, no sabría decirte cuanto más o menos.

      2. El desarrollo de un motor de estas características es muuuuy caro. Space X solamente se ha podido permitir desarrollar ‘sencillos’ motores de querolox de ciclo abierto (tecnología de las V2 o los Soyuz) y hacerlos muy baratos. Algo así como los Diesel de la cohetería. Y ahora que se han ganado una posición y parece que pueden ser rentables empiezan a trabajar en motores más eficientes. Como dicen por arriba, partido a partido.

  11. Singular importancia tendrá este desarrollo a la hora de ver sus potenciales aplicaciones militares.
    Una vez comprendido y dominado los problemas involucrados la caída de dicha tecnología sobre un sistema de armas es “natural” , pienso.

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