Lanzamiento de la Dragon SpX-6 y nuevo fallo en la recuperación de la primera etapa (Falcon 9R)

Por Daniel Marín, el 14 abril, 2015. Categoría(s): Astronáutica • Comercial • ISS • SpaceX ✎ 86

Hoy 14 de abril de 2015 a las 20:10 UTC la empresa SpaceX ha lanzado rumbo a la estación espacial internacional (ISS) la nave de carga Dragon SpX-6, también denominada CRS-6. El lanzamiento tuvo lugar desde la rampa SLC-40 de la Base Aérea de Cabo Cañaveral de Florida. Una vez más, SpaceX intentó recuperar la primera etapa del Falcon 9 mediante un aterrizaje suave sobre la barcaza ASDS (Autonomous Spaceport Drone Ship) en alta mar.

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La primera etapa se acerca a la barcaza, aunque finalmente se estrelló (SpaceX).

La etapa, equipada con cuatro aletas estabilizadoras, aterrizó suavemente casi en el centro de la barcaza, pero debido a un exceso de velocidad finalmente cayó de lado y no pudo ser recuperada intacta. Recordemos que durante el último lanzamiento de la Dragon SpX-5 la primera etapa también se estrelló de forma bastante espectacular contra la barcaza. Este ha sido el cuarto lanzamiento de un cohete Falcon 9 en 2015 y el tercero de un Falcon 9R. La órbita inicial de la Dragon CRS-6 fue de 199 x 364 kilómetros y 51,65º de inclinación.

Secuencia de recuperación de la primera etapa (SpaceX).
Secuencia de recuperación de la primera etapa (SpaceX).

Vídeo de la secuencia de descenso:

Y la vista desde la barcaza:

La Dragon SpX-6 lleva 1898 kg de carga para la Expedición 43 de la ISS, actualmente compuesta por Terry Virts, Scott Kelly, Anton Shkaplerov, Guennadi Padalka, Mijaíl Korniyenko y Samantha Cristoforetti. Dentro de dos días Cristoforetti y Virts serán los encargados de capturar la Dragon con el brazo robot Canadarm 2 de 17,6 metros de la estación para acoplarla con el puerto nadir del módulo Harmony. La Dragon SpX-6 permanecerá unas cinco semanas acoplada a la ISS. A diferencia de otras misiones, en esta ocasión la Dragon no lleva ninguna carga no presurizada en el ‘maletero’.

La tripulación de la ISS observa el lanzamiento (NASA).
La tripulación de la ISS observa el lanzamiento (NASA).

Junto a la Dragon se pusieron en órbita 14 cubesats Flock 1e y los cubesats Centennial 1 y Arkyd-A3 Reflight. Este último es un satélite demostración para ayudar al desarrollo del telescopio privado Arkyd-100 para buscar asteroides cercanos a la Tierra. El primer Arkyd-3 se perdió durante el fallo del cohete Antares en octubre de 2014. Estos satélites serán lanzados desde el módulo Kibo de la ISS.

Barcaza de recuperación de la primera etapa (SpaceX).
Barcaza de recuperación de la primera etapa (SpaceX).

Esta misión es la sexta de las doce que SpaceX debe llevar a cabo de acuerdo con el contrato CRS (Commercial Resupply Services) que la empresa firmó con la NASA en 2008 por un valor de 1600 millones de dólares. El contrato CRS fue posteriormente modificado para llevar a cabo quince misiones. SpaceX planea lanzar otras tres naves Dragon en 2015.

Emblema de la misión (SpaceX).
Emblema de la misión (SpaceX).

Dragon SpX-6

La nave Dragon SpX-6/CRS-6 es una cápsula construida por la empresa SpaceX para misiones de carga a la ISS. Tiene 5,9 metros de largo y 3,66 metros de ancho. Su masa precisa al lanzamiento sigue siendo secreta. La estimación más popular para las primeras Dragon -lanzadas por un Falcon 9 v1.0- era de unos 6650 kg, aunque las Dragon actuales lanzadas por los v1.1 deben rondar las 8 o 10 toneladas. La masa en seco del vehículo parece ser de 4,2 toneladas, siendo la masa máxima de combustible de 1680 kg (en la versión lanzada por el Falcon 9 v1.0). La nave está dividida en una cápsula presurizada de 4,4 metros de altura y 3,66 metros de diámetro, además de contar con un ‘maletero’ de 2,8 x 3,66 metros, con una envergadura de 16,5 metros una vez desplegados los paneles solares. La Dragon puede transportar 6000 kg de carga útil a la ISS repartidos entre la cápsula y el maletero. La cápsula puede traer un máximo de 2500 kg de carga a la Tierra, aproximadamente.

Nave Dragon CRS-5 antes de acoplarse con la ISS (NASA).
Nave Dragon CRS-5 antes de acoplarse con la ISS (NASA).

El volumen útil presurizado para la carga alcanza los 10 metros cúbicos, aunque también puede llevar hasta 14 metros cúbicos de carga no presurizada en la sección trasera. A diferencia de otras cápsulas tradicionales como la Soyuz o la Apolo, el sistema de propulsión está situado exclusivamente en la cápsula, por lo que la sección trasera no presurizada actúa como ‘portabultos’. Para el control de actitud y las maniobras orbitales, la cápsula está equipada con 18 propulsores Draco agrupados en cuatro conjuntos que usan tetróxido de nitrógeno y monometilhidrazina (MMH) almacenados en varios tanques con una capacidad total de 1290 kg. Los Draco funcionan con un sistema de presión mediante helio. En las maniobras de reentrada o cambio de órbita los motores pueden generar un empuje de 400 N. Un par de paneles solares localizados en la sección no presurizada generan 5 kW de potencia. La Dragon usa el sistema CUCU para comunicarse directamente con la ISS, mientras que la tripulación puede controlar la nave usando el sistema CCP (Crew Command Panel). Además, la Dragon también puede usar el sistema de comunicaciones TDRSS de satélites de comunicaciones de la NASA.

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Cápsula Dragon (SpaceX).
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Dimensiones de la Dragon (SpaceX).
Cápsula Dragon CRS-6/SpX-6 (SpaceX).
Cápsula Dragon CRS-6/SpX-6 (SpaceX).

La cápsula incluye en su parte delantera un sistema de acoplamiento PCBM (Passive Common Berthing Mechanism) para unirse a los módulos del segmento norteamericano de la ISS. El sistema de acoplamiento está protegido durante el lanzamiento por un cono aerodinámico que se separa mediante pernos pirotécnicos (también usados para separar la nave del lanzador). La cápsula tiene en su base un escudo térmico primario de ablación construido usando el material PICA-X (Phenolic Impregnated Carbon Ablator) dispuesto en losetas, mientras que el resto de la cápsula está protegida por un material de ablación denominado SPAM (SpaceX Proprietary Ablative Material). Además del acceso frontal, la cápsula posee una escotilla lateral para las tareas de carga y descarga en tierra. Una vez en órbita, la Dragon abre otra escotilla que deja al descubierto las antenas y los sensores de navegación, así como el mecanismo de captura del brazo robot de la ISS. La cápsula dispone además de varios paracaídas piloto y tres paracaídas principales de 35,4 metros de diámetro para el aterrizaje. El contenedor del paracaídas está situado en la parte inferior de la cápsula, una configuración novedosa que permite mantener libre la parte frontal de la nave. La Dragon está diseñada para sobrevivir a un amerizaje en el océano Pacífico incluso en el caso de perder uno de los paracaídas. La velocidad de descenso final es de 5-5,5 m/s.

Las naves Dragon se montan en la planta de SpaceX de Hawthorne, California, donde también se encuentra el control de la misión de la empresa. El nombre de Dragon fue elegido en honor del personaje de dibujos animados Puff, el dragón mágico.

Nave Dragon CRS-6/SpX-6 (SpaceX).
Nave Dragon CRS-6/SpX-6 (SpaceX).
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Detalle de una cápsula Dragon y su escudo térmico (SpaceX).
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Secuencia de aproximación de la Dragon a la ISS (NASA).
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Proceso de captura de la Dragon por el brazo robot de la ISS (NASA).
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Configuración de la ISS (Paco Arnau).

Manifiesto de carga de la Dragon CRS-6/SpX-6

Carga al lanzamiento: 2015 kg (1898 kg sin el empaquetado).

Carga presurizada en la cápsula: 1898 kg

  • Carga científica: 844 kg.
  • Víveres para la tripulación: 500 kg.
  • Equipamiento vario: 518 kg.
  • Equipamiento informático: 18 kg.
  • Equipamiento para actividades extravehiculares: 18 kg.

Carga al regreso: 1370 kg (1248 kg sin empaquetado).

  • Carga científica: 449 kg.
  • Carga de la tripulación: 73 kg.
  • Carga varia: 254 kg.
  • Herramientas para actividades extravehiculares:  kg.
  • Equipamiento informático: 2 kg.
  • Equipamiento para EVAs: 20 kg.
  • Basura: 450 kg.

Falcon 9R (v1.1)

El Falcon 9R es una versión modificada del Falcon 9 v1.1 dotada de un tren de aterrizaje en la primera etapa para poder ser reutilizada (además de otros sistemas asociados con la fase de retorno). El Falcon v1.1 es un lanzador de dos etapas capaz de situar 13,15 toneladas en órbita baja (LEO) o 4850 kg en una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) lanzado desde Cabo Cañaveral. Tiene una masa al lanzamiento de 505,85 toneladas, una altura de 63,3 metros de altura (con la nave Dragon) y 3,7 metros de diámetro. Quema queroseno (RP-1) y oxígeno líquido en sus dos etapas. El fuselaje está fabricado en una aleación de aluminio-litio, mientras que la cofia y la estructura entre las dos fases está hecha de fibra de carbono. Todos los elementos importantes del cohete han sido fabricados en EEUU por SpaceX. El sistema de separación de etapas y la cofia (en misiones de carga) es neumático y no usa dispositivos pirotécnicos, práctica habitual en la mayoría de lanzadores. De esta forma se minimizan las vibraciones en la estructura y, de acuerdo con SpaceX, se logra una mayor fiabilidad. El Falcon 9 puede ser lanzado desde la rampa SLC-40 de de Cabo Cañaveral (Florida) y desde la SLC-4E de la Base de Vandenberg (California), aunque en el futuro también despegará desde un nuevo centro de lanzamiento situado en Boca Chica (Texas). El precio de cada lanzamiento del Falcon 9 es de 56,5 millones de dólares de acuerdo con los datos suministrados por SpaceX.

El Falcon 9R con la Dragon CRS-6 en la rampa (SpaceX).
El Falcon 9R con la Dragon CRS-6 en la rampa (SpaceX).
Tren de aterrizaje de la primera etapa del Falcon 9 de la CRS-6/SpX-6 (SpaceX).
Tren de aterrizaje de la primera etapa del Falcon 9 de la CRS-6/SpX-6 (SpaceX).

El nombre de Falcon viene de la famosa nave Halcón Milenario de las películas de Star Wars. La existencia de la versión Falcon 9 v1.1 fue hecha pública el 14 de mayo de 2012 cuando la NASA anunció que había modificado el contrato con SpaceX en vista de la intención de la compañía de introducir un nuevo diseño mejorado del Falcon 9 distinto al presentado en el contrato original. Oficialmente, la denominación de este lanzador no es Falcon 9 v1.1, sino simplemente ‘Falcon 9 mejorado’ (upgraded Falcon 9), aunque en realidad se trata de un vector completamente distinto.

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Diferencias entre el Falcon 9 v1.0 y v1.1 (SpaceX).

La primera etapa dispone de nueve motores Merlin 1D de ciclo abierto que generan un empuje de 5885 kN al nivel del mar o 6672 kN en el vacío. Los nueve motores están dispuestos en una configuración octogonal denominada octaweb, con un motor adicional en el centro. Como comparación, en el Falcon 9 v1.0 los nueve Merlin 1C estaban situados en una matriz rectangular de 3 x 3. Con el octaweb se minimizan los riesgos en caso de explosión de un motor. De acuerdo con SpaceX, los Merlin 1D son más eficientes y baratos que los Merlin 1C. Al igual que éstos, los Merlin 1D tienen capacidad para soportar varios encendidos, lo que permite probarlos en la rampa antes de cada lanzamiento (una práctica única en el mundo) y, eventualmente, permitir la recuperación de la primera etapa. El Falcon 9 puede perder un motor durante el lanzamiento y aún así completar su misión, siendo el único cohete en servicio con esta capacidad. Los nueve motores Merlin funcionan durante 180 segundos.

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Nueve motores Merlin 1D en configuración octaweb (SpaceX).

La segunda etapa dispone de un único motor Merlin 1D adaptado al vacío (Merlin 1D Vacuum) con un empuje de 801 kN. Funciona durante 375 segundos. La cofia mide 13,1 x 5,2 metros y está fabricada en fibra de vidrio. La sección de unión entre las dos etapas está hecha de fibra de carbono unidas a un núcleo de aluminio.

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Motores Merlin 1D (SpaceX).
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Prestaciones del Falcon 9 y Falcon Heavy (SpaceX).
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Plano de la rampa SLC-40 (SpaceX).
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Plano del edificio de montaje (SpaceX).

Fases del lanzamiento:

  • T- 28 horas: se activa la cápsula Dragon.
  • T- 10 horas: se activa el Falcon 9.
  • T- 3 h: comienza la carga de queroseno (RP-1) en el Falcon 9.
  • T- 2 h 35 min: comienza la carga de oxígeno líquido (LOX).
  • T- 1 h 30 min: finaliza la carga de queroseno y oxígeno líquido en el Falcon 9.
  • T- 10 min: comienza la secuencia de lanzamiento automática del Falcon 9.
  • T- 10 min: comienza la secuencia automática de la Dragon.
  • T- 2 min: el director de lanzamiento de SpaceX autoriza el despegue.
  • T- 2 min: el oficial de seguridad de la USAF (RCO) autoriza el lanzamiento.
  • T- 1 min: el ordenador de vuelo se prepara para el despegue y se activa el sistema de supresión de sonido en la rampa mediante agua (sistema Niágara).
  • T- 40 s: se presurizan los tanques de propelentes.
  • T- 3 s: comienza la secuencia de encendido de los 9 motores Merlin del Falcon 9.
  • T- 0 s: despegue.
  • T+ 1 min 25 s: máxima presión dinámica (Max Q) sobre el vehículo.
  • T+ 3 min: apagado de los motores de la primera etapa (MECO).
  • T+ 3 min 5 s: separación de la primera etapa.
  • T+ 3 min 12 s: encendido del motor Merlin de la segunda etapa.
  • T+ 3 min 52 s: eyección del cono aerodinámico frontal de la Dragon.
  • T+ 9 min 11 s: apagado de la segunda etapa (SECO).
  • T+ 9 min 46 s: separación de la Dragon.
  • T+ 11 min 45 s: despliegue de los paneles solares.
  • T+ 2 h 20 min: apertura de la compuerta de los sensores GNC (Guidance and Navigation Control) para guiar los sistemas de navegación de la nave.

Día 2

Encendido de los motores Draco de la cápsula Dragon para circularizar la órbita.

Día 3

  • Se activan los sistemas CUCU (COTS Ultra-High Frequency Communication Unit) y de comunicaciones por UHF para comunicarse con la ISS.
  • La Dragon enciende los motores y se sitúa a 2,5 km de la estación, donde permanece estacionaria hasta que se decide continuar o no.
  • La Dragon enciende los motores y se sitúa a 1,2 km, donde volverá a permanecer estacionaria hasta recibir la autorización.
  • Otro encendido introduce la Dragon en el elipsoide de aproximación de la ISS. Otra parada de decisión.
  • La Dragon permanece estacionaria a 250 metros mientras los sensores Lídar fijan sus blancos en la ISS para la aproximación final.
  • La Dragon se sitúa en la vertical inferior de la ISS (R-Bar) y comienza a aproximarse a la ISS.
  • La nave se vuelve a parar a 30 metros de distancia mientras se decide si continuar el acoplamiento.
  • La Dragon se sitúa a 10 metros de la estación, donde será capturada por el brazo robot SSRMS de la ISS operado por los astronautas desde el interior.
  • La nave es acoplada al puerto nadir del módulo Harmony de la ISS.
Falcon 9 explained
Esquema del Falcon 9 por Randall Munroe en ‘inglés sencillo’ (Randall Munroe).

El cohete con la Dragon CRS-6 en la rampa:

343s

 Vídeo del lanzamiento:
[youtube]http://youtu.be/csVpa25iqH0[/youtube]


86 Comentarios

  1. Se me ocurren dos preguntas obvias:
    1.- ¿Cuanto se supone que van a ahorrar por lanzamiento cuando la reutilización funcione bien?
    2.- ¿Pueden certificar la misma fiabilidad para una etapa completamente nueva y para una reutilizada?
    Son preguntas relacionadas, porque entiendo que después de recuperar la primera etapa tendrán que someterla a una rigurosa inspección que seguramente incluya desmontar y volver a montar los motores sustituyendo las piezas gastadas o deterioradas entre otros mucho detalles.
    Y al mismo tiempo, tienen que estar seguros de que la pieza reutilizada es igual de fiable que una nueva, y que el desgaste que haya sufrido no reduce la fiabilidad. Teniendo en cuenta que los motores cohete se someten a presiones y cambios de temperatura extremos, habrán estudiado cada detalle y entiendo que hipotéticamente resulta rentable… o no.

    1. Pues no se sabe lo que ahorrarán…

      Algunos creen que nunca será rentable. Todo el dinero en desarrollo, el sobrecoste de subir más combustible del necesario, la reinspección de la etapa recuperada, los posibles fallos de los despegues consecutivos…

      Es una empresa privada, hay cosas que no se saben.

  2. De los errores se aprenden , aunque me imagino lo costoso que es implementar esta tecnología y perderla en cada intento , pero igual , en cada intento se recupera información para corregir futuros errores y tener mas certeza en el próximo intento de recuperación .

    Adelante SpaceX !!!

    1. No tan caro porque aprovechan un lanzamiento comercial que les da beneficios para hacer pruebas,eso es usar la cabeza,si fuese la Nasa seguro que lanzaba cohetes sin ninguna carga util y realizaba las pruebas multiplicando los gastos de desarrollo por diez,

  3. Hablar de fracaso para spaceX y demas polladas que se estan hablando en las noticias es de surrealista.

    Están probando un sistema que ninguna agencia espacial, ni empresa privada dispone, un sistema que podría abaratar el acceso al espacio en decenas de millones por lanzamiento.

    Hay que darles tiempo y voto de confianza. Aqui la gente que se cree que guiar un armatoste de varios pisos de altura y varias toneladas se puede dirigir como si nada…. En fin. Como gustan las explosiones a los medios de comunicacion. Y que ignorantes son algunos periodistas.

    A ver si a la tercera va la vencida y vuelve la primera etapa a puerto sin rasguños 😉

  4. Espectacular el vídeo y a esa distancia
    Seve el pequeño tamaño de la barcaza. Si lo comparamos con el cohete, Atinarle a ese pequeño objeto desde la orbita es una proesa Ya en si.

    1. Si, si. Demasiado pequeña. A poco que llega un poco desviado le pega con los motores al mar y se forma la de dios. Pienso que debería ser mucho más grande.

    1. Se ve la lucha de un vernier superior por recuperar el equilibrio. Deberán instalar también verniers inferiores?. La tobera principal ¿será orientable?

  5. Queriendo recuperar la primera fase, ¿no seria mas normal hacer la fase menos esbelta (mas ancha y menos alta) aumentando así la estabilidad?, y también si eso permitiendo hacer tanques esféricos (mas baratos o al menos mas simples)

    1. Es un cohete diseñado para ser transportado por tierra, desde California donde lo fabrican hasta Texas para probarlo y luego a Florida. Están al límite del ancho que se puede transportar por carretera y esto les permite mantener un coste “económico”.

  6. Si el aterrizaje hubiera sido en tierra en lugar que sobre una barcaza se hubiera mantenido. Da la impresión que la barcaza se mueve al recibir el peso y eso unido a la corrección de última hora provocó que cayese.

  7. El vídeo del lanzamiento es impresionante, se podrían poner las pilas en la ESA y una lástima este segundo intento fallido de recuperación, pero el que la sigue la consigue…

  8. Se me ocurren dos preguntas 1): cuanto pesa la primera etapa vasia o casi vacía y 2). si el peso entra dentro de lo manejable por un helicóptero grúa No seria factible atrapar la primera etapa en el aire con un gancho y llevarla a tierra o depositarla suave mente en la barcaza? O es una locura.

    1. Te quedaste en los titulares. El articulo agrega: “Tras enviar la cápsula a orbitar, el cohete encendió los motores para guiar su descenso, desplegó sistemas de aterrizaje y aterrizó en una plataforma ubicada a 322 kilómetros de la costa de Jacksonville, Florida.”
      Como casi siempre ocurre, los periodistas no tienen ni idea del tema.

      1. A eso me refería, a que la prensa generalista confunde a las personas menos ‘entendidas’ en estos temas. Esa misma noticia de EuropaPress en La Voz de Galicia daba el siguiente titular: “Un cohete se avería y realiza un aterrizaje forzoso en el océano”.

  9. Si, parece que el viento les jugo una mala pasada
    Las nubes de gases muestran claramente la dirección del flujo
    Mejoraran el sistema de control con los datos obtenidos y sera la próxima !
    Lo importante es que alguien lo esta intentando y no se rinde en su cometido.

  10. SpaceX esta pensando enfocarse en la fricción estática en la válvula de un motor como primer sospechoso de la perdida de la primer etapa del Falcon 9 durante el tercer intento de recuperarla.
    El Falcon 9 estuvo a segundos de lo que podría haber sido el primer aterrizaje exitoso de una etapa usada sobre la “nave-espaciopuerto autónoma” (SpaceX’s Autonomous Spaceport Drone Ship [ASDS]) cuando el vehículo se tumbo sobre ella y se auto destruyo. El intento de aterrizaje ocurrió a continuación del lanzamiento de la 6ta misión de aprovisionamiento de la Estación Espacial Internacional el 14 de Abril, en el complejo de lanzamientos espaciales nro 40 de la estación de la Fuerza Aérea del Cabo Cañaveral, Florida.
    El vídeo de la etapa descendiendo al ASDS mostró el vehículo aproximándose rápidamente pero desacelerando. Sin embargo, cerca de la plataforma, el Falcon 9 mostró una velocidad horizontal excesiva. Se pudo ver nubes de agua levantándose alrededor de la plataforma debido a los escapes del motor Merlín, maniobrando cerca del borde de la zona de aterrizaje. Los mecanismos de control no pudieron hacer mas correcciones para aterrizar con seguridad porque el Falcon estaba demasiado bajo.

    El fundador y jefe tecnológico de SpaceX, Elon Musk, twiteo que el exceso de velocidad lateral causo el vuelco en el aterrizaje. En un twit que fue inmediatamente retirado, Musk indico que el problema fue la fricción estática en la válvula de control de combustible, provocando un retardo en la reacción del control del sistema. Es decir, el sistema de control entro en un ciclo graficable con la curva cerrada de hysteresis, cuando las respuestas necesarias comenzaron a aparecer con retraso.

    A pesar de la falla del ultimo intento, la gente de SpaceX se sintió estimulada por la seguridad del posicionamiento del Falcon 9 durante el aterrizaje. El sistema de guía, navegación y control (GNC) también trabajo correctamente en el intento de Enero, aunque la experiencia terminó con la destrucción del vehículo, que contactó duramente el filo de la plataforma. Otros subsistemas libres de culpa y cargo incluyen las aletas malladas agregadas en lugar del control por nitrógeno gaseoso, que fueron testeadas al controlar la rotación, durante Septiembre del año pasado. Versiones prototipo de aletas controlables fueron testeadas por primera vez en Mayo de 2014 en un vuelo del Falcon 9 Reusable, vehículo experimental que alcanzo la altitud de 1000 metros. SpaceX esta desarrollando un nuevo Falcon 9 Reusable después de que el primero fuera destruido en Agosto pasado durante una prueba en McGregor, Texas.

    http://aviationweek.com/space/spacex-checks-throttle-valve-after-flawed-falcon-9-recovery-attempt

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Por Daniel Marín, publicado el 14 abril, 2015
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