Así regresa un cohete del espacio

A estas alturas quien más quien menos ya sabe que la empresa SpaceX tiene como objetivo reutilizar la primera etapa de sus cohetes Falcon 9 para reducir costes. Aunque todavía no han recuperado una etapa intacta, ya han probado el descenso y aterrizaje de la misma durante varios lanzamientos. El caso es que hasta ahora solamente habíamos podido ver un par de vídeos borrosos, algunos filmados desde el propio lanzador (que ya tiene mérito). Pero ahora podemos contemplar la secuencia del descenso casi completa gracias a cámaras de infrarrojos situada en aviones. Y el vídeo resultante es realmente espectacular:

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

Pero, ¿qué estamos viendo? En el primer tramo se observa la separación de la primera etapa tres minutos después del despegue, que queda sumergida en el escape del motor Merlin 1D Vacuum. Poco después vemos cómo la etapa realiza una serie de maniobras propulsivas (¿con un sistema de gas?) para escapar de las altas temperaturas de los gases de escape. Ya sin propulsión la etapa sigue ascendiendo en su trayectoria parabólica hasta alcanzar los 140 kilómetros de altitud. En ese momento la etapa se prepara para regresar a la costa de Florida. En las imágenes en infrarrojo podemos ver claramente la onda de choque que forman los gases de escape al interactuar con el tenue aire que le rodea.

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Separación de la primera etapa (el punto brillante bajo el escape de la segunda fase) del Falcon 9 durante el lanzamiento de la Dragon SpX-4 (NASA).

Entre 70 y 40 kilómetros de altura el motor Merlin 1D central se enciende con toda su potencia para frenar la etapa y permitir un descenso en la zona prevista. Se aprecia el flujo turbulento del escape y como los gases incandescentes rodean la etapa durante el descenso. La secuencia final no se puede ver en la grabación, pero para compensar te dejo con este otro vídeo en el que se ve una animación del amerizaje combinada con imágenes reales:

[youtube]http://youtu.be/fpIwjw-iLuw[/youtube]

El vídeo fue obtenido durante el lanzamiento de la nave Dragon SpX-4 del pasado 21 de septiembre desde dos aviones (un WB-57 de la NASA y un NP-3D de la armada de EEUU). ¿Pero qué interés tiene la NASA en filmar los logros de una compañía privada? Pues sí que tiene, y mucho, y aunque parezca difícil de creer, tiene que ver con los vuelos tripulados a Marte.

Para hacer aterrizar una nave tripulada de gran tamaño en el planeta rojo la tecnología más prometedora pasa por usar retrocohetes en régimen supersónico o hipersónico. El problema es que todavía no se entiende muy bien cómo se comporta el escape de un motor cohete a estas velocidades. La turbulencia del escape y las ondas de choque asociadas podrían causar inestabilidades en la combustión y, en casos extremos, el fallo del motor. De ahí que la NASA tenga tanto interés en estudiar de primera mano las aventuras de SpaceX, ya que el encendido de frenado de la primera etapa del Falcon 9 coincide más o menos con el régimen de velocidades y presiones que se encontraría una nave en Marte. Y decimos más o menos porque ni la NASA ni SpaceX han hecho público el rango de velocidades a las que se mueve la etapa en cada fase. No obstante, los resultados servirán para allanar el camino a la primera misión tripulada al planeta rojo, que como todos sabemos, siempre estará a veinte años vista.

Vídeo sobre el descenso de una nave tripulada en Marte con retropropulsión supersónica:

[youtube]http://youtu.be/uUBhn3_P3hU[/youtube]

Referencias:



17 Comentarios

  1. Me pregunto qué tanto castigo debe soportar la primera etapa durante todas esas maniobras. Imagino que el nivel de reutilización se limitara a los motores con sus generadores de gas, actuadores, y hasta la electrónica porque el fuselaje, solo al verse dentro de la estela de la segunda etapa, a pesar de ser a gran altura, debe estar sometida a algún tipo de erosión, a menos que la parte e superior y circundante este protegida para soportarlo, como un escudo térmico pero menos blindado.

    Les dejo esta simulación con el orbiter de como debería ser finalmente una misión con el retorno de la primera etapa a tierra (no es mío):

    https://www.youtube.com/watch?v=4Xdij_9t0z8

    1. Muy ciertos los comentarios sobre esfuerzos en la cubierta de la primera etapa, pero ten en cuenta la presión a esa altura en mucho menor de lo normal, incluso considerando la dinámica (la presión real que ve el cohete por estar moviéndose haca delante y comprimiendo el aire a su paso).

      De hecho, el tamaño de la pluma de la segunda etapa es un detalle revelador: los gases de escape se expanden hasta alcanzar la presión existente en ese régimen de vuelo, y puedes ver claramente el enorme volumen que ocupa. De la misma manera, su densidad ha disminuido proporcionalmente… ¡y es volumen, así que al cubo! Doble tamaño, octavo de la densidad. Así que aunque son gases moviéndose muy rápido y a altísima temperatura, el castigo no es tan brutal como pueda parecer a primera vista puesto que es una densidad minúscula.

      Pintura ablativa blanca y algo de recubrimiento aislante para proteger de los esfuerzos termales la estructura primaria deberían ser suficientes, y el Falcon los lleva desde la versión 1.0 (aunque si tengo entendido bien, la configuración ha sido “tuneada” de una versión a otra). Espero que eso te solucione la duda!

      Y Daniel, una joyita de entrada. Mi ingeniero interior está dejando perdido el teclado de babas con ese vídeo en infrarrojo. ¡Bravo!

    1. ¿¿Su pasta?? Aquí hay un grueso error, es la de los accionistos, inversores y naturalmente subvenciones en metálico y en especie. Sí, la propaganda oficial ya la conozco. Él tiene el riñón bien cubierto. Algo así como la pirámide de Micerinos. Pero no le llega, quiere la de Keops. Desde luego tiene razón el adagio chino al llamarlos tiempos interesantes…

      1. “Su pasta” “jugandosela”.
        Esos sujetos tienen ahora los dineros que alimentaban los presupuestos estatales. Los Estados hace tiempo que no recaudan impuestos a los “emprendedores”, supuestos emprendedores y como las carreteras, las escuelas, la sanidad y todo eso solo las usan los asalariados pues que se las paguen ellos con IVAs e IRPF. Nominalmente la presion fiscal sobre corporaciones y personas fisicas acaudaladas parece normal, pero en realidad para esos sujetos el sistema fiscal es un colador diseñado a medida, esa es la libertad, la autentica libertad que querian y han obtenido… con los resultados tan fabulosos para ellos y catastroficos para todos los demas … al punto de que se pueden permitirse el lujo de dedicarse a la pirotecnia espacial.

      2. Y tambien su dinero en un sector que no parece el mas propicio para invertir sin riesgo como es el aeroespacial,claro que para alguien que jamas arriesgaria nada probablemente esto le parezca imposible.

  2. Lo que me parece raro es lo pequeña q es la etapa que viaja entre los dos planetas sobre todo por el tema de oxigeno. Y otros aspectos como comida, baño, etc.

  3. el video es de la Design Reference Mission 5.0, ahora con todo eso cancelado, acaso no se han puesto a realizar una Design Reference Mission 6.0, con hardware del SLS? En muchos ppt se ha mostrado una nave con propulsión electrica solar y landers diferentes a los mostrados acá:

    http://www.nasaspaceflight.com/2013/01/boeing-outlines-technology-crewed-mars-missions/

    Quizás puede tener más ventajas que la version nuclear termica, requerir solo el SLS Block I, no-nuclear frente a la opinion publica, no se. Además en una noticia vi que se preparaban 4 misiones demostradoras, no puedo encontrar el link, pero una era demostrar SEP con una visita a un satélite geoestacionario averiado, la segunda creo que era almacenamiento y transferencia de hidrogeno en el espacio, la tercera desarrollo de sistemas de soporte vital avanzados y la cuarta sistemas de aerocaptura, creo que el platillo LSDS entra en esto. Quizas era esta la investigacion en propulsion a la que se referia Obama cuando cancelo el Constellation, quién sabe, no se ni siquiera si existirá presupuesto para estas misiones, lo dudo, pero seria bonito que fuera así.

  4. Según se desprende del articulo, es posible que desde SpaceX no solo quieran preparar sus etapas para ser reutilizadas (para ahorrar costes) sino ademas como “sandbox financiado” (después de todo se paga en parte con ayudas publicas) para ser reutilizado en la futura RedDragon, allanandose asi posibilidades de exito si la NASA realiza otro concurso para enviar carga/tripulaciones a dicho planeta.

    1. Bueno, Musk siempre ha dicho que el objetivo que le mueve es conseguir que el ser humano sea una especie multiplanetaria y para ello es necesario colonizar marte. Sin duda todos sus esfuerzos no son sino el camino que ha planificado para lograr este objetivo último.

      Sin ninguna duda que se está haciendo una detallada instrumentación de los parámetros a alta cota que pueden ser extrapolados a la tenue atmósfera marciana.

      Desde luego al ver este video uno es más consciente de las dificultades que ha afrontado SpaceX y que por ahora está resolviendo más bien que mal. Para quitarse el sombrero.

      Es posible que no tengan los motores más novedosos, pero el resto del enfoque de SpaceX está por delante de sus competidores. Ojalá que no sea una via muerta.

      Saludos.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 19 octubre, 2014
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Cohetes • Comercial