El Falcon Heavy y los otros cohetes semigigantes

Con una capacidad teórica de 64 toneladas en órbita baja, el Falcon Heavy de SpaceX es el cohete más potente en servicio. Pero, como todos sabemos, no es ni mucho menos el más grande o potente que haya existido. Los desaparecidos lanzadores Saturno V, N1 y Energía superaron ampliamente al vector de SpaceX, al igual que lo harán el futuro SLS de la NASA y el BFR de la propia SpaceX. Lo interesante del caso es el rango de prestaciones en las que se mueve el Falcon Heavy. Hasta el debut del nuevo lanzador de SpaceX los cohetes con más capacidad de carga podían lanzar entre 20 y 30 toneladas a órbita baja. La diferencia entre las 25 toneladas de capacidad de un Ariane 5 o un Larga Marcha CZ-5 y las 120 toneladas de un Saturno V es enorme. ¿Por qué no han existido más cohetes semigigantes en este rango del «desierto de cargas útiles» de los lanzadores espaciales?

El Energía-M en la rampa de lanzamiento en 1991. Hubiera podido lanzar 35 toneladas en LEO.
El Energía-M en la rampa de lanzamiento en 1991. Hubiera podido lanzar 35 toneladas en LEO.

La razón principal es que el Saturno V y el N1 fueron concebidos como lanzadores pesados para poder llevar a cabo una misión tripulada a la Luna (en realidad el N1 nació con el objetivo de situar humanos en Marte), mientras que el Energía debía lanzar los transbordadores del programa Burán y otras cargas útiles muy pesadas. Por contra, los cohetes actuales obedecen la ley de la oferta y la demanda; y el mercado dicta que no es necesario un cohete con una capacidad de más de 20-30 toneladas en órbita baja. Básicamente porque las cargas útiles más pesadas son satélites geoestacionarios de gran tamaño y los grandes satélites militares del Pentágono, ninguna de las cuales es tan pesada. El programa tripulado no es prioritario y debe adaptarse a los requisitos impuestos por el mercado (el SLS, el BFR y otros proyectos de lanzadores gigantes, como el STK ruso o el CZ-9 chino, son excepciones a esta regla).

Por tanto, la falta de proyectos tripulados ambiciosos y el escaso interés que han suscitado los grandes satélites de comunicaciones geoestacionarios son las principales causas que explican la ausencia de cohetes con una capacidad de carga entre las 30 y las 100 toneladas. De hecho, el Falcon Heavy no aprovechará su máxima capacidad de carga en la mayoría —¿todas?— de sus misiones. Ha sido desarrollado para permitir a SpaceX lanzar los satélites más pesados que existen y, a pesar de ello, poder recuperar los tres bloques de la primera etapa, algo que no puede hacer el Falcon 9. Proyectos de cohetes gigantes han existido muchos (Saturno C-8, Nova, UR-700, UR-900, RLA, Grozá, Vulkan, Nexus/Rombus, Sea Dragon, etc.), pero propuestas de cohetes semigigantes han existido muchas menos.

Una de las versiones del Shuttle-C ().
Una de las versiones del Shuttle-C (aerospaceprojectsreview.com).

Quizás el más famoso de estos lanzadores semigigantes sea el Shuttle-C, la variante no tripulada para transporte de carga del transbordador espacial. El transbordador solo podía situar en órbita baja unas 27 toneladas en órbita baja (LEO), aunque por motivos de seguridad después del accidente del Challenger esta cifra no podía superar las 20-25 toneladas, dependiendo de la misión (la carga útil más pesada lanzada por el shuttle fue el telescopio de rayos X Chandra y su etapa superior, con una masa cercana a las 25 toneladas). A pesar de esta capacidad relativamente baja, el shuttle era un sistema de lanzamiento tremendamente potente con unas prestaciones teóricas que rozaban la capacidad de colocar 100 toneladas en órbita. Lo que pasaba es que la mayor parte de esa capacidad se «malgastaba» en lanzar el propio transbordador.

Otra variante del Shuttle-C (NASA).
Otra variante del Shuttle-C (NASA).

Por este motivo desde el primer vuelo del transbordador en 1981 hubo varios intentos de crear una versión de carga no tripulada y desechable. Eliminando las alas y la cabina del transbordador se podía aumentar la capacidad de carga significativamente. Bajo el nombre de Shuttle-C se esconden muchos proyectos parecidos, pero no idénticos, investigados entre 1984 y 1995. Dependiendo del diseño la capacidad de carga iba desde las 45 hasta las 80 toneladas. En 2004 se volvió a estudiar la posibilidad de crear un lanzador pesado basado en el transbordador con una capacidad de unas 120 toneladas, o sea, en el rango de los cohetes gigantes. Ninguna de estas propuestas vio la luz, principalmente por falta de cargas útiles disponibles. Tampoco salió adelante el SRB-X, un lanzador basado en los SRB del shuttle con capacidad de entre 20 y 30 toneladas, al igual que las versiones pesadas del lanzador Titan de la USAF, como el Barbarian MM (45 toneladas en LEO).

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Rara versión del Shuttle-C con la carga situada en la parte superior del tanque externo (NASA).
Barbarian, una versión del Titán con tres aceleradores de combustible sólido.
Barbarian, una versión del Titán con tres aceleradores de combustible sólido.

En Europa el concepto de lanzador semigigante no ha tenido mucho recorrido, aunque en 1991 el CNES francés llevó a cabo un estudio sobre una versión pesada del Ariane 5 denominado ASL (Ariane Super Lourd, «Ariane súper pesado»), con una capacidad de 35 toneladas en órbita baja y una masa de 1.900 toneladas al lanzamiento. Para ello el ASL hubiera tenido cuatro aceleradores de combustible sólido EAP en vez de los dos del Ariane 5. Aunque el Ariane 5 fue diseñado para poder llevar a la nave tripulada Hermes, para el estudio del ASL se usó como referencia la nave CSM Apolo, de 35 toneladas. Además del ASL se analizaron de pasada otras versiones aún más pesadas. La más grande disponía de etapas más voluminosas y cuatro aceleradores SRB del transbordador además de dos EAP del Ariane (!). Este monstruo podría alcanzar las 140 toneladas en órbita baja. El ASL desapareció de la historia casi inmediatamente, algo normal teniendo en cuenta que Europa no tenía necesidad de un lanzador tan grande y, de hecho, tras la cancelación del Hermes muchos consideraban que el Ariane 5 ya era inmenso. En 2005 la ESA llevó a cabo otro estudio de lanzadores pesados que también contempló el uso de un Ariane 5 con cuatro aceleradores y etapas agrandadas para lograr una capacidad de 80 toneladas en LEO.

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ASL, el Ariane 5 pesado con cuatro aceleradores EAP de 1991 (CNES).

Pero quizás ha sido en la antigua Unión Soviética y en Rusia donde más lanzadores semigigantes se han propuesto, aunque ninguno ha visto la luz. De entre todos ellos el Energía-M fue el que estuvo más cerca de hacerse realidad. Una vez desaparecida la Unión Soviética era evidente que el vector gigante Energía era excesivamente grande para las necesidades de la nueva Rusia. El Energía-M usaba dos aceleradores con motores RD-170 de kerolox en vez de los cuatro de su hermano mayor y un único motor criogénico RD-0120 frente a los cuatro del Energía normal. En su versión más básica el Energía-M podía situar 35 toneladas en órbita baja, aunque su diseño era fácilmente escalable hasta llegar a las 55 toneladas o más (usando dos o tres motores RD-0120 y una etapa superior más potente). Lamentablemente el Energía-M apareció demasiado pronto, antes de que se pusieran de moda los comsats geoestacionarios pesados. A día de hoy quizás hubiera tenido alguna oportunidad, aunque los costes de mantenimiento de la infraestructura asociada seguramente habrían sido prohibitivos. El fracaso del Energía-M se tradujo en la desaparición de la industria rusa de motores criogénicos potentes. En 1990 se llegó a construir un modelo a tamaño real del Energía-M que fue trasladado a la rampa de lanzamiento del Área 250 de Baikonur. Hoy en día se pudre en un edificio abandonado del cosmódromo.

Energía-M.
Energía (izquierda) y Energía-M.

En realidad el Energía-M fue la versión que llegó más lejos de la nueva familia de lanzadores criogénicos Deytrón propuestos por NPO Energía entre 1989 y 1991. Estos lanzadores tenían una capacidad de carga de entre 30 y 55 toneladas en LEO. Precisamente por esa misma época surgieron propuestas de la oficina KB Yuzhnoe ucraniana para crear versiones pesadas del Zenit —que también servían como bloques propulsores laterales del Energía—, siendo la más popular el 11K37, apodado Trizenit. Como su nombre indica, el Trizenit usaba tres primeras etapas del Zenit unidas como primera y segunda fases con el fin de alcanzar una capacidad en órbita baja de 40 toneladas.

Familia de lanzadores soviéticos Deytrón y el Energía-M (www.buran.ru).
Familia de lanzadores soviéticos Deytrón y el Energía-M (www.buran.ru).
Cohete 11K37 Trizenit (Novosti Kosmonavtiki).
Varias versiones del cohete 11K37 Trizenit (Novosti Kosmonavtiki).

En tiempos más recientes hemos visto una multitud de propuestas de lanzadores pesados procedentes de Rusia con capacidad entre 30 y 100 toneladas. Sería muy cansino enumerarlas todas, pero destacan las versiones pesadas del cohete Angará de la empresa Khrúnichev (recordemos que el Angará A5 es capaz de situar unas 25 toneladas en LEO). La más famosa fue el Angará A7, capaz de lanzar entre 40 y 60 toneladas dependiendo de la versión. La última de las versiones pesadas del Angará, el Angará A5V, fue la que estuvo más cerca de ser desarrollada, aunque sería cancelada en 2016. Esta variante hubiera podido lanzar 38 toneladas en LEO.

Angará A5 y dos versiones del A7 (Khrunichev).
Angará A5 y dos versiones del A7 (Khrunichev).
El cohete lunar Angará A5V, ya cancelado (Roscosmos).
El cohete lunar Angará A5V, ya cancelado (Roscosmos).

Actualmente Rusia quiere elaborar un lanzador pesado denominado STK («complejo superpesado» en ruso) basado en el nuevo cohete Soyuz 5 (Féniks), la versión 100% rusa del Zenit. La variante más pequeña del STK usará tres bloques del Soyuz 5 en la primera etapa y podrá lanzar 50 toneladas en LEO. Este lanzador servirá para efectuar misiones tripuladas a la órbita lunar (o a la estación Gateway) con la nave Federatsia en la segunda mitad de la próxima década.

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Versiones del lanzador pesado STK basadas en el Soyuz 5 (RKK Energía).

Dejando a un lado el STK, el único lanzador semigigante en desarrollo aparte del Falcon Heavy es el New Glenn de la empresa Blue Origin. Podrá lanzar 45 toneladas en órbita baja y, al igual que el vector de SpaceX, es un lanzador reutilizable. Evidentemente, el otrora desierto de lanzadores semigigantes ha dejado de ser un páramo solitario. Ahora habrá que ver si logran encontrar misiones que justifiquen su existencia a largo plazo.

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El Falcon Heay, el New Glenn y el Saturno V (Business Insider).


95 Comentarios

  1. Una duda del Saturno-V: ¿se ha perdido el «know-how» de las tecnologias de ese cohete o simplemente un monstruo asi no tiene razon de existir hoy y es mas practico desarrollar un lanzador nuevo (SLS)?

    1. Hombre si te ves algun documental del desarrollo del saturn V o del programa apollo, veras que no tiene sentido intentar construir ese cohete hoy en dia, acabarias cambiandolo casi todo por tecnologias mas nuevas, mas seguras o mas baratas, es decir acabarias haciendomun diseño nuevo.
      Para empezar, tooooda la parte de control y guiado la puedes descartar. No vas a poner ahora a un equipo de ingenieros a reinventar la rueda para comprender, fabricar y hacer funcionar las computadoras de abordo de aquella epoca, con memorias hechas CON CABLES. Literalmente se inventaron nuevos sistemas de computacion para hacer aquel cohete… Y una de ellas eran millones de cablecitos entrelazados a mano para almacenar kilobytes de memoria. Y eso fue un avance!

      A nivel de manufactura de todo lo que es motores, turbobombas y demas, seguramente con los planos no cueste demasiado realizarlos con procesos modernos, pero seguro que todos los detallitos y cositas a tener en cuenta para que funcione correctamente habrá que volver a descubrirlas a base de prueba y error…

      Y bueno, si se usaban piezas estandar de la industria de la epoca, buena suerte consiguiendo los mismos repuestos con las mismas especificaciones y calidades.
      Probablemente muchos de esos componentes (valvulas, etc) se dejasen de fabricar, o el cambio de procesos constructivos y demas cambios de las empresas que lo fabrican, requeriese volver a certificar que cumplen con las cualidades requeridas… No te puedes fiar que una junta de goma con referencia x es exactamente la misma que se fabricaba en 1968. A lo mejor le han sustituido un componente quimico por otro por ser cancerigeno y el nuevo no le siente bien las condiciones del espacio, por ejemplo.

      Vamos, que es un trabajo de narices casi tan grande como diseñar un cohete nuevo.

      1. Entiendo, gracias. Eso es algo entonces que tenia que haberse realizado decadas atras, cuando todo aun estaba fresco aunque el programa Apolo hubiera acabado -ir actualizandolo y mejorandolo con el tiempo hasta que no diera para mas y usandolo como base para, por ejemplo, modulos de estaciones espaciales, versiones menos potentes (o mas probablemente versiones aun mas potentes para vuelos interplanetarios)-. Debe de ser EL cohete por antonomasia.

        Eso dicho, hay una historia de ciencia-ficcion («Titan», de Stephen Baxter) donde reacondicionan uno y lo usan para enviar una lanzadera espacial a esa luna de Saturno.

    2. La líneas de montaje, las aleaciones emoleadas, incluso los destronilladores y demás herramientas especializadas para construírlo, hace décadas que no se fabrican. No es que no podamos construir una copia… es que costaría prácticamente lo mismo que construir un nuevo cohete con tecnología moderna.

      No tiene más sentido, en otras palabras, que ponernos a entrenar a gente en esculpir piedra y calcular arcos ojivales para construir catedrales como se hacía en la edad media. Y a nadie pierde el sueño porque hoy en día ‘no queda nadie que sepa cómo construir una catedral’. Bueno, yo lo encuentro un poco paradójico, pero todo lo más. 😉

  2. Tantos comentarios sobre que cohetes sobran o faltan… Pensé que vendría algún «hater» antes que yo a indicar que el que «sobra» es el Falcón Heavy que dudo mucho que pueda poner 20 toneladas en órbita sin contar segunda etapa y combustible.

    Ahora en serio… Me encanta el post y no creo que sobre ninguno. Y si el Falcon Heavy no está (aún) realmente preparado para cargas pesadas es por falta de necesidad / retorno de la inversión.

  3. «…el mercado dicta que no es necesario un cohete con una capacidad de más…» escribe el muy estimado editor de este sitio en este artículo. Las grandes obras de ingeniera de la historia de la humanidad no fueron, nunca, realizadas porque fuesen un buen negocio. No se uso el criterio de un comerciante de ultramarinoos para realizar los acueductos romanos ni las obras de canalización del Nilo que realizaron los faraones. Obviamente tampoco se lo usó para decidir la construcción del Coliseo romano o las pirámides… ni… la llegada a la luna. El criterio del «mercado» es el mismo que el del dueño de un tienda de ropas baratas y usadas y lo guía el lucro, no la ciencia y ni siquiera el respetable deseo de trascendencia. El «mercado» es un grupo de individuos de cortas miras (bastante bruto, bah) que poseen la capacidad de influir en la gran mayoría de la población porque manejan los medios de comunicación (todos). El problema es que el «mercado» es muy astuto para hacer dinero y completamente imbécil para todo lo demás. Y dentro de lo demás está la ciencia que avanza mucho cuando le conviene a ese grupo de personas y poco cuando no le conviene. No parece recomendable tener un conciencia sumisa a ese grupo de picaros estúpidos (muy parecida a las que los siervos de la gleba tenían con «el señor») si se quiere que la ciencia avance. La ciencia siempre a avanzado gracias a las personas que no obedecían a los ricos y poderosos de turno ni al «sentido común» imperante en la época.

  4. En vez de hacer cohetes gigantes no es más lógico buscar la miniaturización de los satélites. O incluso se podría intentar enviar un satélite por módulos… se envía primero una parte y después otra. Creo que los cohetes gigantes están pensados sobre todo para enviar naves tripuladas… pero para mí eso es un callejón sin salida… no existe la tecnología, ni hay economía que resista una misión tripulada a Marte.

    1. En vez de hacer cohetes gigantes, ¿ no es más lógico buscar la miniaturización de los astronautas?
      O incluso se podría intentar enviar un astronauta por módulos… se envía primero una parte y después otra.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 23 marzo, 2018
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Cohetes