SpaceX: recuperando la cofia y la segunda etapa del Falcon 9

Si por algo se ha hecho famosa SpaceX es por la recuperación espectacular de la primera etapa del cohete Falcon 9. Todavía es pronto para saber si esta técnica le permitirá a la empresa de Elon Musk reducir los costes de lanzamiento de forma radical como promete, pero sin duda la estampa del Falcon 9 aterrizando verticalmente se ha convertido en un icono de la astronáutica actual. Menos conocido es el intento de SpaceX por recuperar y reutilizar la cofia del Falcon 9 tras cada lanzamiento. Esta iniciativa llama la atención porque precisamente la cofia, también conocida como carenado o fairing, es la parte más barata de un cohete. Pero puesto que SpaceX aspira a llevar a cabo un gran número de lanzamientos anuales la recuperación podría suponer un ahorro significativo a largo plazo, especialmente teniendo en cuenta que, por ahora, solo existe un modelo de cofia para el Falcon 9 independientemente del tamaño de la carga útil.

Sistema de recuperación de la cofia (SpaceX/FAA).
Sistema de recuperación de la cofia (SpaceX/FAA).

La masa de la cofia del Falcon 9 es de 1.900 kg y su coste es de unos 6 millones de dólares, lo que es poco comparado con los 62 millones de dólares que cuesta cada lanzamiento. Sin embargo, SpaceX pretende llevar a cabo 240 lanzamientos (!) de vectores Falcon 9 con cofia entre 2018 y 2024, lo que supone unos 1.400 millones de dólares de ahorro, una cifra que es de todo menos despreciable (por supuesto a este dinero hay que restarle los costes de los sistemas de recuperación y tenemos que tener en cuenta que se fabricará más de una cofia). Hasta ahora los detalles de los sistemas de recuperación eran escasos y confusos, pero en un reciente documento de la FAA estadounidense hemos podido ver más detalles.

 

La cofia del lanzador flotando en el Pacífico (SpaceX).
La cofia del Falcon 9 flotando en el Pacífico tras el lanzamiento de PAZ en febrero de 2018 (SpaceX).
La cofia del Falcon 9 con el satélite TESS de la NASA (SpaceX).
La cofia del Falcon 9 antes del lanzamiento con el satélite TESS de la NASA (SpaceX).
Detalle del interior de la cofia usada en el primer lanzamiento del Falcon
Detalle del interior de la cofia usada en el primer lanzamiento del Falcon Heavy con el Tesla Roadster (SpaceX).

El sistema de recuperación de la cofia consiste en un conjunto de paracaídas y de propulsores de nitrógeno gaseoso. Los propulsores de gas se ponen en acción para controlar la rotación de la cofia tras la separación del lanzador y garantizar que entre en la atmósfera de forma estable con la parte exterior en la dirección de avance. La cofia no se calienta excesivamente gracias a que tiene poco peso y una gran superficie, lo que se traduce en un coeficiente balístico muy bajo. A 15 kilómetros de altura se despliega el sistema de paracaídas, formado por un paracaídas piloto y un paracaídas principal con forma de parapente (parafoil). De este modo la cofia puede controlar parcialmente su descenso hasta un área determinada.

Parafoil de la cofia del Falcon 9 (SpaceX/FAA).
Parafoil de la cofia del Falcon 9 (SpaceX/FAA).

Según la información que ha suministrado a la FAA SpaceX está estudiando dos tipos de parapente de tamaños distintos. El primero tiene 166 metros cuadrados, mientras que el segundo alcanza los 279 metros cuadrados. En ambos casos el paracaídas piloto es similar. En principio SpaceX tenía la intención de hacer amerizar la cofia, que sería rescatada del agua posteriormente por un barco. El buque localizaría la cofia gracias a las coordenadas GPS transmitidas al control de tierra y a las luces estroboscópicas localizadas en los grabadores de vuelo. Posteriormente una tripulación se subiría en un bote para acercarse a la cofia y unirla al barco de tal forma que pudiera remolcarla. También se recuperaría el parapente, pero no así el paracaídas piloto. Una vez en el puerto la cofia volvería a las instalaciones de SpaceX en camión.

La cofia de la misión Iridium NEXT 5 en el agua (SpaceX).
La cofia de la misión Iridium NEXT 5 en el agua en marzo de 2018 (SpaceX).

No obstante, sabemos que SpaceX ha cambiado de sistema porque en los últimos meses ha intentado recuperar en varias ocasiones una mitad de la cofia empleando un buque, Mr. Steven, dotado de una red de captura. De esta forma se evita el contacto con el agua salada, una ventaja importante de cara a la reutilización a pesar de que la ‘cofia 2.0’ de SpaceX está fabricada principalmente con materiales compuestos. En su momento también se habló de emplear una especie de ‘castillo hinchable’ gigante en alta mar para capturar la cofia, pero la opción del buque con la red parece haber sido la ganadora, aunque en vista de los resultados está siendo más difícil de lo esperado. Es de suponer que en el futuro SpaceX desplegará dos barcos para recuperar las dos mitades de la cofia tras cada misión.

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Barco Mr. Steven con la red para capturar la cofia (SpaceX).

Vídeo del lanzamiento de la misión Iridium 4 desde Vandenberg en diciembre de 2017 en el que se aprecia el sistema de maniobra de la cofia (detrás del escape del motor de la segunda etapa) para orientar una de las dos mitades. En esa ocasión no se intentó recuperar la cofia en el mar:

 

Por otro lado, en un reciente tweet Musk ha vuelto a sugerir que SpaceX intentará recuperar la segunda etapa del Falcon 9, algo que se ha propuesto en numerosas ocasiones en el pasado y que se ha rechazado por ser demasiado complejo. En esta ocasión Musk ha dejado caer que podría usarse un sistema de paracaídas para frenar el descenso de la etapa, además de algún tipo de escudo térmico. Eso sí, no sería un paracaídas normal sino un ballute, o sea, una combinación de paracaídas y globo. El ballute, propuesto en multitud de proyectos espaciales a lo largo de estas últimas décadas, permite frenar un objeto a alta velocidad, como es el caso de una segunda etapa, sin crear tantas tensiones estructurales que con el uso de un paracaídas. Por otro lado, es posible que Elon se refiriese a un escudo térmico hinchable de tipo IRDT (Inflatable Re-entry and Descent Technology) como el prototipo usado en varios vuelos de prueba de la etapa Fregat entre 2000 y 2005. En otro enigmático tweet posterior Elon dejó caer que la segunda etapa sería recuperada en alta mar usando una estructura hinchable, es decir, la misma solución propuesta inicialmente para capturar la cofia.

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Ballute propuesto en los años 60 para frenar el módulo tripulado MEM de una misión de la NASA a Marte (drell7).
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Escudos térmicos hinchables IRDT (ESA).

Lo que más llama la atención de los planes de SpaceX para recuperar la cofia es que nadie lo haya intentado antes. Sí, como decíamos la cofia es la parte más barata de un lanzador, pero también es cierto que cae relativamente intacta a tierra, especialmente en muchas de las misiones de cohetes rusos y chinos. Aunque sea un porcentaje muy pequeño del coste de un lanzador, estamos hablando de millones de dólares. En cuanto a la recuperación de la segunda etapa, si lo consigue SpaceX habrá logrado una proeza tecnológica que superará con creces el aterrizaje automático de la primera etapa del Falcon 9.

Referencias:

  • https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ast/environmental/nepa_docs/review/launch/media/draft-EA_SpaceX-Dragon-Gulf-Landing.pdf


81 Comentarios

  1. Gracias Daniel
    Estaba deseando que hicieras un post sobre esto
    Imagino que sera un globo congante de material resistente al calor como los escudos termios hinchables
    Es aerodinamico hace suficiente resistencia y quien sabe, lo mismo se puede llenar de helio para reducir aun mas su descenso

  2. Cuando tienes 1 euro en el bolsillo, solo te faltan 999.999 para tener un millón…pero si no empiezas a ahorrar nunca lo consigues. O como escuche una vez: “para llegar a cualquier destino todo empieza por un primer paso”.
    La cofia será barata, pero ya me gustaría a mi pillar 6 millones de dólares, vamos que buena jubilación.

    Poco a poco Musk esta abaratando el acceso al espacio, va por el camino correcto

  3. Genial pero no veo claro el ahorro de dinero de recuperar la cofia del Falcón 9 deverian descartalo y sentrar todo sus esfuerzos en recuperar la segunda etapa del Falcón 9 además tan poco entiendo por qué recuperarla en el océano cuando se podría hacer en tierra firme

    1. Son problemas distintos. La cofia es relativamente fácil, se suelta temprano y tiene mucha superficie, con lo que se calienta poco y frena por si sola. La segunda etapa va a velocidad orbital. Tiene que re entrar y frenar sin freírse, es mucho más complicado.

      Buenas noticias, larga vida al F9. El Ariane 6 va a nacer fuera de tiempo, estos ya están haciendo viguerías. Puede ser una oportunidad para PLD Space.

        1. Por favor, por favor, por favor, por favor, deja de darle patadas a la ortografía, no cuesta tanto trabajo y es lo mínimo que se puede hacer por la lengua propia

          1. En positivo, si alguien tiene problemas con la ortografía, ésta puede ser una buena ocasión para superarlos. Antes de darle a publicar, que lo pase por un corrector ortográfico y vea los errores, así se aprende un montón.

    2. En tierra firme???? Iluminamos como. Cuando la segunda etapa libera la carga puede estar en el Pacífico o por África y a una velocidad increíble. Imposible crear 1 docena de bases por todo el planeta para aterrizar las segundas etapas. Mejor apuntar hacia el océano y que los barcos se situen en su trayectoria de descenso.

        1. que no seria un gran problema?????

          En serio estos comentarios desprestigian a los miles de ingenieros que trabajan cada día intentando solucionar este tipo de problemas….

          1. Creo que Carlos tiene razón.

            La segunda etapa orbita la Tierra. Lo lógico es desorbitarla de forma que aterrice en un lugar determinado en tierra (en el caso de que pueda aterrizar propulsivamente). Si esto último no es así, supongo que sería mejor recuperarla en el mar, como la cofia.
            De hecho, sería más fácil aterrizar en tierra (como las primeras etapas)… si tuviera combustible para el aterrizaje. Pero parece que no es el caso, por lo que supongo que intentán la recuperación marina.

  4. Pues sinceramente, 6 millones frente a 62, me parece de todo menos despreciable, es casi un 10%. Está claro que la recuperación tendra su coste, pero incluso si le recortan un 5% a esos 62 millones, me parece un buen bocado al precio.

    1. Hay que dudar un poco de los numeros de SpaceX. Dicen que la primera etapa es el 80% y la cofia un 10%. Eso implica que segunda etapa, equipo de tierra, combustible, tareas de recuperación y lo demás implica también un 10%. Me parece muy raro, es probable que quieran exagerar la incidencia de los elementos reutilizables.

      1. Creo que dijeron un 70% para la primera etapa y un 30% para el resto.

        El equipo de tierra, el combustible y el personal están incluidos en el total, no en el porcentaje de la segunda etapa.

    2. Opino igual, 10% es un montón.
      Ademas estamos hablando del 10% del precio de venta, así que debería representar mas del 10%.
      Hay que tener en cuenta que es difícil encontrar empresas que tengan una rentabilidad superior al 10%… así que si logran bajar no un 10, un 2-3% seria para descorchar!

      Slds,

  5. Por mi que recuperen la segunda etapa también. Recuperar la cofia significaría menos capacidad de carga. la cofia se podría recuperar solo para reciclarse su materia primay así evitar contaminación de los oceanos.

    1. La idea de deshacerse de las cofias es hacer el cohete más ligero, por eso se sueltan antes, de lo contrario la segunda etapa tendría que realizar su viaje con casi dos toneladas de peso extra, lo que significa dos toneladas de capacidad de carga menos.

  6. Una cosa a tener en cuenta es que Gwynne Shotwell, presidenta de SpaceX, ya dijo el año pasado que intentarían recuperar segundas etapas pero no reutilizarlas. Según ella querían ver los efectos de la reentrada en algo distinto a la Dragon y ver cómo está la segunda etapa tras una misión. No le falta razón y es que, si lo piensas, las primeras etapas al traerlas de vuelta no solo las pueden reutilizar sino revisarlas y ver si todo ha funcionado bien. Aunque no reutilicen las segundas etapas, si consiguen recuperar un par de ellas seguro que les dará bastante información sobre cómo se quedan tras una misión (Y es que por muchos sensores que les pongas a esas segundas etapas, no es lo mismo que traerlas, abrirlas y que una manada de ingenieros se arrimen y les echen un vistazo pieza por pieza :D).

  7. Tengo muchas ganas de ver al Señor Steven capturar en el aire una media cofia descendiendo en parapente, será lo más molón que ha hecho SpX desde sus primeros aterrizajes. Quizás algún día vuele un F9 100% reutilizado, con primera etapa, segunda y ambas cofias, pero creo que la capacidad de carga se verá bastante perjudicada para el F9 por el peso extra (y combustible para desorbitar la etapa superior)…. pero su hermano mayor va sobrado de capacidad para la mayoría de cargas, y devolver a la rampa de lanzamiento un FH completamente recuperado sería un éxito rotundo.
    Hail Musk!

    1. La segunda etapa ya lleva combustible para “desorbitar” y hacer una entrada controlada en el océano, “sólo” habría que añadir el peso adicional del balute y el escudo hinchable, que puede suponer unas decenas de kilos.

  8. El sistema de recuperación de la segunda etapa es aparentemente más sencillo.
    Podrían inflar un balón enorme, la segunda etapa la dirigirían con las aletas aerodinámicas hasta este, y simplemente impactaría, desinflandose el balón para amortiguar el golpe.
    Vamos, que sería un airbag de automóvil pero GIGANTE y usado para recuperar la segunda etapa.
    para desacelerarla no sé que puedan hacer, quizás podrían ponerle una mini ala delta como lo han hecho con el BFR.
    Saludos!

  9. El ahorro sería brutal. Al menos 1.000 millones de dólares.
    Sería dinero crucial para el BFR o el proyecto Starlink.
    Y si recuperar la cofia es algo “fácil”, ¿por qué no hacerlo?
    Me encanta Space X.

  10. El resto de empresas astronáuticas no se han molestado ni en intentar recuperar la cofia.
    A pesar de que es algo que cualquiera puede intentar, aunque no tenga una etapa o cohete recuperable.

    Y eso que algunas cofias, como la cofia grande de ULA, valen una millonada (ver rocketbuilder.com).

    Hay una gran diferencia de mentalidad.

    1. Y por eso no me extraña que después de las cosas que hemos visto de SpaceX de recuperar las cofias, diga Tory Bruno, el CEO de ULA, que igual también lo hacen ellos en el Vulcan (de hecho por lo visto la empresa que se las fabrica ya está alardeando de estar creando unas “cofias reutilizables”… un poco penoso xD).

      1. Supongo que es Ruag. Ariane también estudia la posibilidad de usar esas cofias recuperables.

        Tanto ULA como Ariane van a remolque de SpX.

    1. Mi pobre chorradómetro se fundió sobre la mesa tras oficiar como ventilador durante unos segundos (la aguja dando giros de 360 en la escala), pero valió la pena. ¡Hacía tiempo que no me reía tanto!

    2. Lo que más da pena son los 2 millones y pico de visitantes, a grosso modo, son 2.700 dólares de monetización, por compartir una basura así. Es lastimoso.

  11. Yo lo que no veo es lo de “pescar al vuelo” la cofia con el barco y la red antes de que la cofia se caiga al mar. El que conduzca el barco tiene que calcular muy bien la trayectoria, velocidad… eso sin contar el oleaje y/o mal tiempo que pueda hacer que dificultará la tarea. Esto lo han probado ya?

    1. Yo también quiero ver lo del barco calculando el punto de caída.

      Me recuerda a un video que ví de tres drones con una red capturando un pelota en el aire. ¿no podrían aplicar esto para capturar la cofia? Daba la impresión de que el sistema funcionaba bastante bien y de forma automática ; tres drones ( o más) grandes coordinados buscando con una red en el aire a la cofia que desciende. Sería espectacular !

        1. Si ves el video de los tres drones, cada uno en la punta de una red triangular, moviéndose coordinadamente para capturar objetos en el aire, verás que no es nada descabellado lo que digo…

          Este no es el vídeo que recordaba (de un documental) pero lo de la red viene a ser lo mismo. No parece que sea muy complicado subir la escala para atrapar la cofia:

          https://www.youtube.com/watch?v=oDyfGM35ekc

          1. La precisión con que se mueven los drones del video es admirable. Pero acudir a tiempo con unos drones enormes al lugar en que caiga la cofia debe requerir una potencia enorme. Creo que sería más práctico que el control preciso estuviera en el equipo que desciende, porque si no su trayectoria de descenso puede variar demasiado como para que el vehículo de superficie lo alcance.

    2. Yo tampoco lo veo. Controlar un parapente gigante desde kilómetros de altura hasta aterrizar en una red minúscula debe de ser muy complicado y además requerirá mucho propelente.
      Quizá se podría usar el parapente como panel solar. Teniendo energía eléctrica se podría controlar la dirección usando motores eléctricos y la tensión de los cordeles, e incluso propulsarse con una hélice. Así ahorraría propelente y podría ser más preciso al aterrizar.

      1. Los parapentes pueden maniobrar … con son como los paracaidas circulares (que se usan para que los soldados/carga/loquesea caiga en una zona concreta y no se dispersen.

        1. Eso es. Supongo que ya hay capacidad de maniobrar robóticamente un parapente, como si lo usara un paracaidista humano.

          Además, creo que ya hay paneles fotovoltáicos muy delgados y flexibles que podrían formar parte de la tela del parapente.

          1. Aquí pueden maniobrar dos el que cae y el objetivo … el sistema que se encargue de hacerlo tendría su punto de interés, además de los vientos, oleaje, etc. Pero si logran aterrizar un edificio muy alto en vertical y parece que lo tienen dominado, supongo que será asumible.

            Sobre los paneles solares, no se, los flexibles dan muy poca potencia y habría que poner ¿hélices y motores?, creo que de necesitarse es mejor algún gas a presión.

    3. El que pilote el barco seguirá lo que le diga una computadora que esté calculando el punto de caída, que estará prefijado con una tolerancia, es un barco rápido pero no como para desplazarse cientos de millas en minutos. No sé si habéis visto algún espectáculo/demostración aérea de paracaidistas que aterrizan en un punto concreto, suelen acertar la gran mayoría de las veces, es porque son capaces de dirigir el descenso y para ello usan el mismo tipo de parapente que el que quiere usar SpaceX, por ejemplo, aquí: https://youtu.be/U2M7w-L5v3o?t=132

  12. Lo podrían solucionar con un par de drones para cada mitad de cofia. Pero mejor sin redes, sino con lanzadores de ventosas magnéticas. Después de abrirse el parapente, un pareja de drones se podrían acercar por la zona inferior-lateral hasta la distancia idónea para disparar unos cables con ventosas magnéticas. Una vez atrapada desde ambos flancos, los drones harían las veces de remolcadores aéreos de la cofia, continuando ésta con el parapente hasta situarse justo encima de la red del Mr Stevens; sería un aterrizaje controlado por drones (evidentemente manejados por control remoto). La máxima dificultad la veo en la puntería de los técnicos a la hora de lanzar las ventosas magnéticas. Por lo demás, bajo grado de dificultad.
    Esto mismo se lo envié antes de ayer a SpaceX 😉
    Daniel, como siempre una entrada genial.
    Salu2 desde Busot, Alicante.

    1. “Esto mismo se lo envié antes de ayer a SpaceX”

      -Capitán, el radar ha detectado un optimista.

      -¿No estaban extinguidos? ¡Qué más da! Preparen tubos lanzatorpedos.

      -Preparados

      -Bien. Fuego el uno. Fuego el dos.

      -Diana! ¡Entre las cejas!

      -Optimista destruido.

  13. 6 millones de un total de 62 es un 9,7 %. Es normal que intenten recuperarla, no pierden mucho y de tener éxito, se ahorrarán una parte sustancial del coste total (aparente) del lanzamiento.

  14. A parte de como elemento aerodinámico y protección de la carga útil ¿la cofia incluye sensores u otros elementos que hagan que el precio sea tan alto?

    1. Tiene que mantener vivos a los satélites hasta el despliegue de éstos.
      Tiene que controlar temperatura, presión atmosférica…
      Las cofias son difíciles y lentas de construir.

      Preferiría que alguien que sepa más del tema amplíe mi respuesta.

      1. El precio viene dado por las horas de ingeniería invertidas. Dado que tiene que ser tan ligera como sea posible, y aguantar entornos termales y acústicos tan exóticos, una cofia decente necesita un cojón de horas de ingeniería y otro cojón de costosas horas de modelado y validación. Eso sí, si produjeras 20,000 cofias al año, el precio de ingeniería se diluye y el coste unitario bajaría un puñao. Que es lo que permite que tengas un smartphone en el bolsillo.

  15. Ojala salgan adelante todas estas innovaciones que propone SpaceX. Lo de la cofia, me parece que cada vez están mas cerca, aunque quizá resulte más practico volver al plan de recuperarla en alta mar, sin necesidad de tanta precisión en el lugar de amarizaje.
    Por otro lado la recuperación de la segunda etapa me parece muchisimo mas complicada y menos beneficiosa. Hay que tener en cuenta que los sistemas de guiado y recuperación tienen un peso considerable; cada kilo se resta directamente de la carga útil, por tratarse de la última etapa.

  16. Cada vez que Spacex da un paso y avanza, la NASA se va quedando más en evidencia.

    Se les ve el plumero, señores burócratas y parásitos infla-presupuestos de NASA.

  17. Viendo que la cofia no necesita revestimiento especial para la reentrada por su gran superficie en relación al poco peso… no se podría aplicar este principio también a la recuperación de cápsulas y posibles futuras lanzaderas que desplegaran superficies enormes antes de reentrar?

    1. La cofia es todo superficie, nada de volumen y además de materiales livianos … por no hablar que despega en vertical y vuelve en horizontal (como los transbordadores espaciales).

      1. Space X no da puntada sin hilo. Tanto la retropropulsión supersónica usada en la primera etapa como los supuestos escudos IRDT de la segunda son tecnologías fundamentales para que un aterrizaje humano en Marte pueda hacerse realidad algún día.

        1. Y es que una de las virtudes de Space X es que, a diferencia de las demás, siempre piensa en sus desarrollos tecnológicos teniendo en cuenta sus objetivos a largo plazo.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 17 abril, 2018
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Cohetes • Comercial • SpaceX