Las empresas finalistas para construir el módulo lunar del programa Artemisa de la NASA

Por Daniel Marín, el 30 abril, 2020. Categoría(s): Astronáutica • Cohetes • Luna • NASA ✎ 549

Oficialmente, la NASA continúa su intención para poner un ser humano en la Luna en 2024 dentro del marco del programa Artemisa. Uno de los puntos débiles de todo el programa, más allá de la falta de financiación y los retrasos del SLS y sus diferentes versiones, siempre ha sido el módulo lunar, conocido oficialmente como HLS (Human Landing System). Más que nada porque, a día de hoy, no existe. Y, claro, alunizar sin un módulo lunar es un poco difícil. El pasado 7 de octubre de 2019 la NASA abrió el plazo para que la iniciativa privada presentase sus propuestas sobre el HLS y, hoy día 30 de abril de 2020, el administrador de la NASA Jim Bridenstine ha anunciado los ganadores. Y el Óscar de Artemisa va para… (redoble de tambores)… ¡Blue Origin, SpaceX y Dynetics!

Las tres propuestas finalistas para construir el módulo lunar de Artemisa (NASA).

Antes de nada, un detalle importante: ¿por qué tres empresas? Pues porque la NASA no ha asignado todavía un contrato definitivo de desarrollo del HLS. Lo que va a hacer es financiar las propuestas de estas empresas con unas sumas de de dinero relativamente bajas para que así puedan madurar sus proyectos. Dentro de diez meses, en febrero de 2021, la NASA decidirá qué diseño, o diseños, merecen continuar con la financiación y el programa HLS entrará en una nueva fase. Es posible que se elija a un único ganador, pero también cabe la posibilidad de que la NASA seleccione una empresa para el primer alunizaje en la misión Artemisa 3 de 2024 y otra para las misiones posteriores. Blue Origin es la empresa que más dinero recibirá, 579 millones de dólares, con el objeto de perfeccionar su módulo lunar ILV (Integrated Lander Vehicle). Le sigue Dynetics, que dispondrá de 253 millones para poner a punto su concepto de módulo lunar DHLS (Dynetics Human Landing System). Por último, SpaceX obtendrá 135 millones para sacar adelante una versión de su famosa Starship.

Módulo lunar ILV de Blue Origin (contratista principal), Lockheed-Martin y Northrop-Grumman (NASA).

El ILV de Blue Origin se basa en la tecnología desarrollada por la empresa para el módulo lunar Blue Moon. El ILV emplea un diseño tradicional de dos etapas, con un módulo de descenso y otro de ascenso, además de un elemento de transferencia de Northrop-Grumman que llevará el módulo lunar desde la estación Gateway —o, si finalmente no se construye esta estación, desde una órbita NRHO alrededor de la Luna— hasta una órbita lunar baja. La etapa de descenso, la etapa de ascenso y el elemento de transferencia hacen uso del motor criogénico BE-7 de Blue Origin. La etapa de descenso estará a cargo de Blue Origin, mientras que la de ascenso será reutilizable y, en realidad, estará subcontratada a Lockheed-Martin —fabricante de la nave Orión—. Esta arquitectura que divide el módulo lunar en tres elementos sigue las recomendaciones de la NASA para diseñar el HLS (el elemento de transferencia es necesario porque la nave Orión no es capaz de situarse en una órbita lunar baja por sí misma, solo en una órbita elíptica). Por supuesto, el ILV será lanzado mediante el futuro cohete pesado New Glenn de Blue Origin, un vector que todavía no ha sido construido ni ha realizado misión alguna. No obstante, el Vulcan también podría usarse como lanzador para determinados elementos. Blue Origin espera poder realizar una primera misión no tripulada del ILV —sin la etapa de ascenso— en 2023.

El módulo lunar ILV con el elemento de transferencia de Northrop-Grumman a la izquierda (Blue Origin).
Elementos del ILV (Blue Origin).

En cuanto a Dynetics, propone su módulo lunar DHLS, que cuenta con un diseño más revolucionario que el del ILV. DHLS dispone de dos depósitos de combustible desechables, por lo que una misma etapa es capaz de aterrizar y despegar desde nuestro satélite, simplificando el diseño. Al mismo tiempo, la cabina presurizada quedaría a poca altura sobre la superficie, facilitando así el acceso de la tripulación. DHLS puede ser lanzado en partes mediante el futuro cohete Vulcan de ULA o, si la NASA lo estima oportuno, en un solo lanzamiento con el SLS Block 1B. El Elemento de Transferencia de DHLS estaría a cargo de Northrop Grumman. La empresa Sierra Nevada, fabricante de la nave de carga DreamChaser, y la europea Thales Alenia Space también participarían en el proyecto como subcontratista.

El DHLS siendo lanzado por el SLS Block 1B (Dynetics).
La nave Orión se acopla al DHLS (Dynetics).
El módulo lunar de Dynetics en la superficie lunar (Dynetics).
Otra vista del módulo lunar (Dynetics).

Por último, la propuesta de SpaceX se basa, obviamente, en la Starship, aunque con una configuración ligeramente distinta de las últimas propuestas de Elon Musk. Para empezar, sería lanzada sin tripulación hacia la Luna con la primera fase Super Heavy. Al no estar tripulada, la Starship no tendrá que reentrar en la atmósfera terrestre y llevar a cabo el aterrizaje propulsado con la maniobra de frenado en el último momento, una maniobra que pone los pelos de punta (o, mejor dicho, en caso de hacerlo, lo hará sin tripulación y por cuenta y riesgo de SpaceX). Eso no quita para que la Starship no pueda ser reutilizada en más de una misión Artemisa, pero en todas ellas los astronautas viajarán a la Luna y volverán a la Tierra a bordo de la nave Orión. Esta Starship lunar necesitaría cargar combustible mediante otras dos Starship de carga con combustible, así que se necesitarían tres lanzamientos del sistema Starship/Super Heavy. Para 2024 SpaceX espera haber llevado a cabo vuelos orbitales de la Starship, al menos una misión de trasvase de combustible entre Starships, una misión de larga duración y un alunizaje de demostración en 2022.

La Starship aluniza sin usar sus motores Raptor principales (SpaceX).

No cabe duda de que la apuesta de SpaceX es la más llamativa: de salir adelante tendríamos una fusión de facto de los programas SLS/Orión de la NASA y el Starship de la empresa de Musk. Por un lado, el programa Starship saldría reforzado, pero, por otro lado, SpaceX se vería obligada a colaborar, en vez de competir, con su «programa rival». ¿Podría ser una forma de «domar» las aspiraciones de SpaceX por parte de la NASA? O, por el contrario, ¿corre el riesgo el programa Artemisa de ser fagocitado por la Starship? Sea como sea, lo que está claro es que este es el primer apoyo serio de la NASA —o sea, con bastantes billetes sobre la mesa— a la controvertida y famosa Starship de SpaceX.

La Starship en la superficie lunar. Atención a los motores de frenado lunares (SpaceX).

La otra cara son los perdedores. Varias empresas han visto rechazadas sus propuestas de módulos lunares para el programa Artemisa, pero el rechazo más llamativo ha sido el sufrido por Boeing. El gigante aeroespacial, que también es el contratista principal del SLS, había publicitado a bombo y platillo el año pasado un plan para desarrollar un módulo lunar de dos o tres elementos que podría ser lanzado mediante un SLS Block 1B. Es más que probable que las enormes dificultades por las que está pasando esta empresa en la actualidad hayan jugado en su contra. En cualquier caso, tampoco parece muy buena idea otorgar dos de los tres elementos del programa Artemisa —cohete SLS, nave Orión y módulo lunar— a la misma empresa.

El módulo lunar de Boeing siendo lanzado de una pieza por un SLS Block 1B (Boeing).

La arquitectura final del programa Artemisa todavía no ha sido decidida. Aún no sabemos si se construirá la estación Gateway en primer lugar o no. O si, finalmente, se usará el SLS Block 1B para la misión Artemisa 3, entre otras incógnitas. Dependiendo de las decisiones que se tomen en los próximos meses, será más probable que gane una u otra de las tres empresas que hoy han recibido estos contratos preliminares. De las tres propuestas, la más tradicional —y, por tanto, la más parecida al concepto de módulo lunar sugerido por la NASA para el programa Artemisa— es la de Blue Origin. La más radical es, obviamente, la Starship de SpaceX. Dynetics y su módulo DHLS están en una posición intermedia y, quizás por eso mismo, puede que sea la propuesta más floja. Ahora toca esperar casi un año para saber cuál de los tres será el primer módulo lunar que pondrá una mujer en la superficie de la Luna. Si es que el programa Artemisa sigue adelante para entonces, claro está.

Recreación del módulo lunar de Artemisa según la NASA (NASA).
En 2024 dos astronautas de la NASA, entre ellos al menos una mujer, deben caminar por el polo sur de la Luna (NASA).

Referencias:

  • https://www.nasa.gov/press-release/nasa-names-companies-to-develop-human-landers-for-artemis-moon-missions


549 Comentarios

    1. A un coste inverosímil, dicho sea de paso. Entre los dos contratos son 24 motores, así que en el peor de los casos espero que sólo se construyan 6 SLSs.
      En fin.

    2. Sumando todos los costes, 148 millones por motor. O sea, un lanzamiento completo de FH por cada motor. Y el SLS lleva 4, y se tiran al mar.

      Por cierto, el Raptor tiene más empuje, aunque menos Isp porque es de metano en vez de hidrogeno. Y cuesta, o costará, de 50 a 100 veces menos.

      1. ¿Cuánto costaría un SuperHeavy equipado con RS-25?
        37 motores RS-25 × 148 M$ = 5476 M$. (Sólo por los motores)

        – Coste actual del Raptor: menos de un millón (Elon dixit).
        37 motores Raptor × 0.9 M$ = 33,3 M$.

        – Coste aspiracional del Raptor: un cuarto de millón (Elon dixit).
        37 motores Raptor × 0.25 M$ = 9,25 M$.

        Los costes del Raptor no incluyen el coste del desarrollo (creo).

        Creo que «valdría la pena» que el SH con RS-25 fuera reutilizable. A más de 5000 millones por lanzamiento…

  1. Yo no veo a la Starship alunizando. El centro de masas demasiado alto. Si pisan una piedra o la pendiente un poco inclinada, se caerá ( es necesario una plataforma horizontal y acondicionada ) y los astronautas rezando para que el cabestrante que baja la plataforma no se averíe y los deje tirados. No lo veo.

    1. Y en caso de que la SS quedara muy inclinada, los motores no se apagarían, si no que volverían a subir la SS para buscar una zona de aterrizaje mejor. Recordar que tenemos combustible de sobra ya que tenemos que volver a despegar, no momo el caso de los LEM que iban con el combustible justito.

    2. ¿Centro de masas alto?
      Para empezar tienes toda la falda de la Moonship, con las patas, las bahias de carga y los 6 Raptors (a 1600 kg el motor de media) , la estructura de empuje reforzada, etc. Mucho peso en los mismisimos pies. Luego estan los header tanks, que seguramente los habrá y esten metidos en el tercio inferior. Ahi habrá aún muchas toneladas de Methalox, porque de ahi hay que volver a LLO o NRLHO.
      En conjunto creo que el centro de masas estará bien bajo.

  2. A mi me gusta con diferencia la propuesta de Dynetics , es sencilla , innovadora , practica , ligera, .. y en cuanto a la Starship es justamente todo lo contrario,poco sencilla » es un verdadero monstruo «, poco innovadora » se lo han copiado de los dibujos animados » , poco practica » necesitan un ascensor para bajar «, poco ligera ….. pero bueno Spacexs es rapida en rectificar a tiempo , espero que rapidamente rectifique

    1. Esta es la bala de plata del descredito de la Starship: «Poco innovadora porque se copio de los dibujos animados», demoledor. A ver si los herederos del creador de Tin Tin le hacen justo juicio por plagio tecnologico!
      En cambio las otras empresas si que son innovadoras, solo se copiaron el LM de hace 50 años.

    1. Hay uno tipo el Thunderbird 2, espectacular.
      La panza del contenedor de carga puede se el tren de aterrizaje que queda como hábitat.
      o dado el caso, no se desacopla luego de vaciarlo y sube de nuevo.

    2. El “Belly Lander” (literalmente, “aterrizador de barriga”) fue considerado por la NASA a principios del programa lunar en los 60. El vehículo alunizaría horizontalmente y después la cápsula delantera despegaría de la Luna pero dejando el resto del vehículo allí. Es una idea que ha sido retomada porteriormente en varias ocasiones.

    3. Soñaban a lo grande entonces.
      Me gusto una nave esferica que acuatiza, rodeadas de monstruos que hoy estariamos felices de encontrar, dice: «Of course things get exciting if there are hostile aliens living in the water. But all you have to do is turn on the torch drive for about thirty seconds to kill everything in a kilometer radius.» El asunto no era encontrar vida extraterrestre, sino matarla apenas se pusieran pesados jaja, que epoca.

  3. El propio Bridenstine lo dejo caer ayer:

    «Obviamente SpaceX ofrece conjunto de soluciones muy diferente al de cualquiera de los otros. Pero también podría ser absolutamente revolucionario. Así que no queremos descontarlo. Queremos seguir adelante. Si pueden tener éxito, queremos disfrutar de ese éxito con ellos ”.

      1. Exacto. Si Starship es la revolución esperada, debe poder ser anunciada como «fruto de la política de colaboración con la industria privada» de la NASA y la Administración (de turno).

        Una actitud de confrontación por parte de la NASA podría salirles por la culata. Es mejor hacer lo correcto y lo más lógico: colaborar con una empresa puntera que está desarrollando un cohete que puede beneficiar mucho a la NASA y a los USA.

        Creo que es lo mejor, que la NASA apoye el desarrollo de Starship y que lo integre en sus propios planes, buscando nuevas formas de aprovechar sus capacidades únicas.

        1. Debe de ser el desconfinamiento (aunque no lo disfruto personalmente porque no vivo en España), pero estoy de acuerdísmo, Martínez. Qué cosas.

          Qué más me emocionaría a mí que convirtieran el proyecto Starship en algo más viable y razonable, con un programa de I+D digno de tal nombre en sinergia con otros equipos (ya sería el top si pudieran acicatar al equipo SLS o ACES no para cancelarlos, sino para dejar de hacer las cosas tarde, mal, caro y nunca), y que se dejaran de redneckadas de márketing para los que, de manera bastante desafortunada pero colorida, llamaron hace un tiempo «the deplorable». Ojalá este revés de Brindestine, como otros muchos que parecen bastante afortunados y con mucha mano izquierda, sirva para pasar de obsesiones descabelladas a un proyecto cooperativo e inclusivo que revolucione el sector espacial para bien y nos lleve a explorar como nunca, al rebufo de los estímulos públicos que sin duda traerá esta crisis, como el resto de los éxitos de SpaceX hasta ahora.

    1. Ahí radica el éxito de la carrera de Bridenstine, pamea hasta las espaldas de un lavarropa.
      Va al cacino y pone fichas hasta en los migitorios, vaya uno saber, no?

  4. El añadir los motores Draco, de manera genérica, tal como está previsto para la versión lunar, podría ser interesante, de cara a aterrizar en objetos con baja gravedad, como las lunas de Marte, o grandes asteroides.

      1. No pondría un anillo ni de tres ni cuatro super draco. Ocho es un número que me satisface. Creo que los siete restantes podrían compensarse y sacar las papas de fuego si a alguno se le ocurre plantearse.

  5. Ya que tenemos al SN4 aburrido esperando en la base de pruebas, vamos a hacer un
    pequeño análisis de sus propiedades físicas.

    El cilindro exterior del mismo está elaborado con con 15 anillos hechos cada uno con una sola
    lámina de acero inoxidable 301 altamente endurecido de 4 mm de espesor. No sabemos el grado utilizado, pero su resistencia tiene que estar entre 120 Kg/mm2 y 180 Kg/mm2.

    El diámetro exterior de cada anillo tiene una medida de 9.008 mm. Esta medida la verifican midiendo la longitud de la circunferencia en cada uno tanto en la parte superior como en la inferior con una precisión de centésimas de mm.
    Estas son anotadas en cada anillo junto con la temperatura del metal al hacer la medida.
    Por las anotaciones se deduce que solo aceptan anillos con diferencias de medida inferiores a 1mm, si la superan los rechazan. Esto quiere decir que trabajan con una tolerancia del 0,01%.

    Cada anillo tiene una altura de 1.800 mm y una masa de unos 1.600 Kg. Estos anillos Los fabrican con una máquina de la marca IMCAR, (marca Italiana), y los extremos de la lámina se unen mediante una soldadura a tope realizada de forma automática.
    Cada soldadura es analizada y en su caso certificada por un mínimo de tres análisis, (mas adelante los detallo).
    Tanto la unión vertical como el propio material del anillo deben soportar, (para una presión de 8 Kg/cm2), una tracción total de unas 1.377 toneladas. Esto no da unos 96 Kg/mm2, por lo tanto dentro de las especificaciones.
    No obstante, posteriormente esta unión del anillo es reforzada con una tira de inox de bordes dentados superpuesta y soldada a ambos lados de la misma.

    Los anillos se unen entre sí con una soldadura circunferencial a tope, también realizada con un sistema de soldadura automático en una de las carpas habilitadas, (equipadas con un sistema HVAC para el control de la humedad y temperatura ambientales, incluso con una antecámara a modo de exclusa para evitar pérdidas al abrir las puertas).

    Esta unión y el propio material debe poder soportar para la presión indicada, una tracción total de unas 5.400 toneladas, dando un valor de unos 48 Kg/mm2, dentro de las especificaciones y con mas margen que en el caso de la soldadura vertical. (Estas no son reforzadas).
    Se sabe que de momento hay una excepción en dos uniones entre secciones que se sueldan en el exterior manualmente, y que en vez de a tope se hacen solapadas unos 60-100mm. Esto implicaría la existencia de algún anillo de diámetro exterior de 9.000 mm, (en vez de 9.008), pero lo curioso es que no se ha visto ninguno.

    La masa total de esta parte de los tanques sería de unas 24 toneladas. (sin contar refuerzos).

    Para convertir este cilindro en 2 tanques, uno para LOX en la parte inferior y otro para CH4 en la superior se le sueldan 3 domos elaborados también con Inox 301 altamente endurecido de 4 mm de espesor. Se construyen en el interior de las carpas climatizadas mediante unas plantillas y soldadura manual a partir de secciones estampadas en una prensa de una fábrica de piezas para automóviles en Detroit. Posteriormente se unen al cilindro mediante una soldadura circunferencial única, (y sin refuerzos), presumiblemente realizada manualmente.
    La tracción que debe soportar el material del domo en la zona de la soldadura es la misma que el cilindro en el sentido del eje, 5.400 t totales y unos 48 Kg/mm2.
    La masa total de los 3 domos juntos es de unas 10 toneladas. (Sin contar refuerzos).

    La cúpula inferior tiene la particularidad de que ha de soportar el empuje de 3 motores Raptor, (unas 600 t), en el sentido inverso al ejercido por la presión interior, (5.400 t).
    La particularidad de este empuje es que contrariamente al ejercido por la presión que se distribuye uniformemente por toda la superficie del domo, el de los motores aún siendo mucho menor se reparte en 3 únicos puntos por motor, el soporte central y el apoyo de los dos actuadores de balanceo. Es por esto que en estos puntos de la cúpula inferior se suelda un disco de empuje y unos refuerzos del mismo material Inox 301 y de 4 ó 5 mm de espesor.
    En cualquier caso el peso de estos refuerzos no superará seguramente unos pocos cientos de Kg.

    Debido a que les gustaría realizar una placa de empuje de los motores con menos refuerzos por superposición de placas y soldadura, esta pieza está en proceso de rediseño. Pero lo importante es que ya parece haber superado las pruebas estructurales y validada su forma.
    Ya que no es fácil o posible obtener placas de Inox 301 altamente endurecido de espesor mayor a 5 mm, parece que van a optar por mecanizar una placa mas gruesa de unos 10-20 mm de Inox 304L.

    Los 4 anillos inferiores están fuertemente reforzados longitudinalmente a partir del domo inferior y hasta la parte inferior, por unos largueros en forma de U y con muchas perforaciones para aligerarlos.
    Es muy difícil estimar el peso de este refuerzo ya que no conocemos el espesor del Inox utilizado, pero suponiendo 4 mm podría rondar fácilmente las 6-7 toneladas.
    En la parte mas baja tiene montados 6 receptáculos para los pestillos neumáticos de fijación a la base de pruebas.
    Y para finalizar tiene instaladas 6 patas de las que sabemos tan poco que no voy a hacer ninguna estimación sobre su peso.

    Todas las soldaduras que forman parte del las estructuras sometidas a presióno grandes tensiones son sometidas a un mínimo de tres análisis para proceder a su certificación:
    -Inspección visual
    -Penetración de líquidos
    -Radiografía por rayos X
    Si la soldadura no las supera se marca para corregirla y volver a inspeccionar, (en algunos casos la pieza entera se desecha).
    Además cada certificador añade su firma o identificador tras la inspección.

    De momento han montado un solo motor raptor en uno de los soportes, es decir que si vuela lo hará con un motor descentrado.

    Decir también que si este SN4 hubiera sido construido para almacenar líquidos o cereales, los espesores utilizados serían con toda probabilidad de 10 mm para arriba, y eso teniendo en cuenta que las presiones, serían hasta 5 veces inferiores.
    Así pues los esfuerzos a soportar por el material para un depósito de agua o cereales serían de aproximadamente un décima parte que en el SN4.

    Hoy con suerte fuego estático…

    Y podría seguir pero aquí lo dejo, no vaya a ser que supere las líneas acumuladas por Pochimax. (Eso ni de coña).

    1. Por mi sigue, me ha encantado. +10

      Uno de los mayores rollos de NSF o Reddit es que la información acaba desperdigada por todas partes. Se echa de menos posts de resumen en cada hilo.

    2. Gracias, FJVA. Ingeniería e ingenuidad en acción.

      – Creo recordar que sí se han visto aros de 9000 mm en las fotos de NSF al encajarlos con los de 9008.

      – El motor único, en posición descentrada, permitirá probar la capacidad de engine-out durante el aterrizaje: Starship aterriza con 3 motores, pero puede perder 2 y aterrizar con uno, utilizando el TVC (control de balanceo) para compensar el centro de empuje descentrado.
      Es una de las capacidades críticas de la Starship para garantizar la seguridad en el aterrizaje y supone una dificultad añadida y añade interés al salto.

      – Al igual que se analizan cuidadosamente las soldaduras, debe haber todo un estudio de estructuras y materiales previo a la construcción y a las modificaciones sufridas por los prototipos.
      Después de casi 18 años de trabajar con Elon, es de suponer que el departamento de estructuras (y los otros) se han adaptado a la situación: el diseño puede cambiar con rapidez y Elon quiere los nuevos cálculos de estructuras (y aerodinámicos, etc) con más rapidez aún, de manera que el software, los métodos y el personal deben estar adaptados para ello.
      Todos los departamentos de la empresa están adaptados al prototipado rápido iterativo.

      – Antes del fuego estático supongo que habrá algún WDR (wet dress rehearsal, un ensayo general) llenando los depósitos y vaciándolos. Después un encendido de los prequemadores, sin encender la cámara de combustión principal: produce un chorro de vapor blanco. Y, por fin, el encendido estático.
      No tengo prisa, dado que los permisos de vuelo son para final de mes (creo).

        1. La «ingenuidad» que estamos viendo en Boca Chica: intentar construir un cohete gigante por un coste insignificante a pesar de que muchos expertos del sector no lo ven claro.
          Esa maravillosa ingenuidad de Elon y SpX (y que deseo que triunfe, claro está).

  6. “No sabemos el grado utilizado, pero su resistencia tiene que estar entre 120 Kg/mm2 y 180 Kg/mm2.”

    En el mejor de los casos su resistencia LIMITE DE RUPTURA es de 1250 MPa (125 kg/mm2) no de 180 Kg/mm2.
    Pero lo más importante es que no se diseña con el límite de ruptura, sino con el límite de fluencia (yield point), el cual es en el mejor de los casos de 1000 MPa (100 kg/mm2).
    Además esto es sin factor de seguridad, lo cual habría que ponerle como mínimo 1,2 o más… por cómo se cuida la NASA podría exigir 1.6 o incluso un factor de seguridad superior…
    Pero bueno asumiendo un factor de tan solo 1,2 nos queda entonces el límite de fluencia admisible en unos 800 MPa (80 kg/mm2)…
    Con lo cual según tus cálculos ya no cumpliría: 96 kg/mm2 > 80 kg/mm2
    Lo que me lleva a preguntar de paso como calculaste esas presiones???
    Además las paredes del silo (perdón del SN4) no solo están sometidas a tracción, sino también a flexo-compresión (principalmente, de paso…), y sin contar las sobre cargas no prevista, lo cual nos lleva de nuevo al factor de seguridad.
    Calcular la estructura como si fuera un recipiente a presión de pared delgada no basta, además hay que tomar en cuenta la maniobra de reingreso donde las cargas aerodinámicas inciden en la superficie de la nave haciendo que la estructura sufra un pandeo en torno a su centro de gravedad, lo cual el esfuerzo más importante es lo de flexión pura… no los de simple tracción como tu indicas.

    PD: no es necesario reforzar la etapa central de un cohete de múltiples booster laterales… por ejemplo en el caso del Yenesei este tendrá un anillo reforzado en el tope del booster central que donde están conectados los otros seis boosters laterales…, es decir el anillo sirve de acople y por lo tanto es el elemento estructural que absorbe las cargas de aceración de los booster laterales, no el booster central!

    1. Lo he simplificado poniendo los valores en Kg/cm2, y no en MPa porque es mas comprensible para todo el mundo.

      Se fabrican aceros Inoxidables 301 ultra duros con límites de 1800 MPa, unos 180 Kg/mm2. El cohete Atlas para una presión de 3,5 Kg/cm2 y con un espesor de inox de 0,4 mm ya tenía que
      soportar una tracción en su circunferencia de 133 Kg/cm2, o sea que los hay.

      Ya se que siempre ha de haber un factor de seguridad. Lo que trato de indicar precisamente en el resumen es lo al límite que está el diseño de las resistencias del material ya solo considerando las presiones estáticas.

      Por supuesto a todo esto habrá que añadirle las cargas dinámicas mucho mas difíciles de calcular,
      estoy seguro que ellos tienen montones de análisis por elementos finitos de las estructuras. Pero
      en última instancia lo que les queda es probarlo par saber a que atenerse.

      La presión de 8,5 Kg/cm2 la dio Elon como la que debe soportar para tener un factor de seguridad
      de 1,4 sobre la presión de funcionamiento de 6 Kg/cm2.

      1. Respecto al pandeo, precisamente en este caso la presión interna a lo que contribuye es a contrarrestarlo. De ahí seguramente que necesite una presión tan alta de 6 Kg/cm2 de funcionamiento normal.

        1. Te comprendo David U…

          …tu incapacidad para asimilar otros idiomas con alfabetos distintos al tuyo es típico de los «analfabestias»

          Lo mas triste es el fanatismo tipo foca aplaudidora a todo lo que lleve la maraca SpaceX!

          Me voy a tomar la molestia de aclarar:
          el PD era para un comentario (espesando el hilo) que dijo Alxo sobre la posibilidad de una versión de siete booster laterales del Falcon Heavy…

          1. Me defiendo un poco en chino, y algo menos en japones, cortesías principalmente en este ultimo. Reconozco que ahora mismo solo recuerdo unos 100 caracteres realmente de chino. Escribir, muy poco. El chino o lo practicas mucho y a menudo o es complicado. En cambio recuerdo casi todos los hiraganas y katakanas a primera vista y puedo leerlos. Por supuesto, sin los kanjis, sirve de poco.

            Estas recurriendo al insulto, sinonimo de frustración. Bien. Yo he entendido perfectamente tu comentario. Tu mi critica, eso ya no lo se, pero tampoco me importa mucho.

            Aplaudidor aqui, no se, si quieres revisamos comentarios a ver quien aplaude más a los predicadores del foro.

            Me diviertes.

    2. Sigue resultándome asombroso que haya contertulios que crean que nos van a demostrar en 14 lineas en un blog que SpaceX no sabe de matemáticas de cohetes ni de materiales.

      Hala Julio, corre, cuentales a SpaceX que lo estan haciendo todo mal y que no tienen NPI.

      Cada día me divierte más esta gente. 😂

      1. Todo razonamiento matemático, merece un respeto, por muy errado o acertado que esté. Es un esfuerzo intelectual que lleva a un diálogo objetivo y razonado. Lo que sucede muchas veces es que resulta difícil (a mi por lo menos) seguirlo y detectar algún posible fallo en el razonamiento.

      2. No te preocupes David…

        Ya la NASA lo hizo al degradar la Starship en todos sus aspectos…

        que risa con la NASA y sus cosas verdad David U???

        PD: jajajaja

  7. Bueno, vamos a seguir con los otros domos.
    Los tres domos tienen en común en su construcción, (además del material y el espesor de 4mm), una primera parte curva que empieza con un diámetro de 9 mts y está formada por elementos curvos en forma de pétalo, soldados a tope sobre una plantilla sobre una plantilla y de forma manual, (aparentemente).
    A continuación y también los tres comparten una parte cónica, (la forma de los domos no es un casquete de esfera perfecto como lo era el del Starhopper y son normalmente los depósitos presurizados de uso industrial), formada también por varias planchas curvas y soldadas también a tope y manualmente.
    Curiosamente esta combinación exacta de parte curva seguida de cónica, la comparte con los depósitos también de Inox 301 ultra hard de la etapa Centaur mostrados por Tory Bruno en un vídeo, (que por cierto también se sueldan manualmente).

    El domo superior, (también bautizado tapa de la magefesa por Hilario), es el mas sencillo de todos. La parte cónica está rematada por un casquete este si esférico y de cerca de 2 mts de diámetro realizado de una pieza por estampación seguramente también en Detroit. Este al igual que el inferior tiene que soportar una fuerza total desde el interior de 5.400 t para 8,5 Kg/cm2 de presión máxima de diseño.
    En sentido inverso lo único que soporta de momento es el peso de 2 baterías Tesla de Model S de 100 Kw cada una y unos 1,2 t, y ordenadores de vuelo con módulos de potencia de peso desconocido.
    Este domo está soldado a la cara interior del anillo superior por una única soldadura sin reforzar presumiblemente también realizada manulmente.

    El domo interior que separa los depósitos de LOX y CH4 montado con su parte cónica hacia abajo, tiene insertado en el centro un depósito esférico de unos 3,5 mts de díámetro que se utilizará como depósito de cabecera para CH4. (Para usar en el aterrizaje).
    Está soldado a su anillo correspondiente también por una única soldadura sin reforzar y también seguramente realizada de forma manual.
    Este es el que estará sometido a menores esfuerzos por presión, ya que a ambos lados tendrá presiones similares en los depósitos principales de LOX y CH4.
    De la parte inferior del depósito esférico parte la tubería de alimentación de CH4 hacia los motores a través del depósito de LOX, hasta bifurcarse de momento en 3 ramales que atraviesan el domo inferior en tres puntos para acabar en la entrada de alimentación de los motores.

    Uff!, Pochimax como coño lo haces…

    1. Cual es la revolución de Starship en materiales si terminaron siendo los mismos de ULA???

      Ya veo que terminaran copiando también la misma linea de producción de ULA!

      Cada día la Starship se parece mas a lo clásico…

      La NASA confía mas en Bezos que en Starship!

      1. Julio, hay comentarios que desencadenan hilos. Los hay de cachondeo, de ingeniería, de especulación, de criticar a Musk, de criticar la starship y compararla con silos, cafeteras y no hay problema. Tu mismo te has currado un post decente contraargumentando a FJVA un poco más arriba.
        Pero en un post currado donde hay información y ciertos cálculos (aunque sean de servilleta), que ha llevado cierto trabajo, lectura y análisis, este tono en plan troll metiendo cizaña es molesto la verdad. No aporta nada y es irrespetuoso. Creo que das para más.

  8. En los comentarios anteriores aparte de explicar un poco como está hecho el SN4, lo que trato de resaltar es la impotencia del material y sus soldaduras, ya que están arañando los límites de sus resistencias.

    Aparte de los márgenes de seguridad del propio material, hay que tener en cuenta que al soldarlo reducimos su resistencia en la zona adyacente a la soldadura debido al calentamiento.
    Po ejemplo si partimos de un inox con una resistencia de de fábrica de 180kg/mm2 y al soldarlo reducimos su resistencia en esta zona en un 20%, se reduce esta a 144 Kg/mm2. Esto además va a depender de muchos factores que intervienen en la soldadura, (de ahí los problemas que tuvieron por configuraciones erróneas en los parámetros de soldadura), y la única forma de averiguarlo es mediante prueba y error.

    Si en lo que estás fabricando el peso no es muy determinante, pues utilizas espesores grandes, (como he puesto en el ejemplo de los depósitos de agua), y ahí aunque las soldaduras sean realizadas por un soldador mediocre seguro que no vas a tener problemas.

    Pero en este caso el peso es ultra determinante, tienes que usar los espesores mínimos posibles y debilitar el material lo mínimo posible.

    En este caso sabemos que se puede conseguir porque se hacía en el Atlas y se hace en las Centaur. Pero claro ULA es una empresa privada y además de la competencia, así que no esperes que te diga como se hace. No les queda mas remedio que averiguarlo por ellos mismos.

    Por otro lado el acero inox 301, se endurece por estiramiento en frío. Para esto hacen falta unas laminadoras en frío de potencias mas que respetables. Parece que en este momento están utilizando el mas ancho, (1.800) y mas duro que han encontrado que se fabrica.

    La idea para aumentar los márgenes de seguridad, (he incluso disminuir espesores y peso, y hasta mas ancho para reducir la cantidad de anillos y soldaduras), es utilizar uno creado expresamente para ellos mucho mas duro, el famoso 30X.
    Claro que esto puede implicar el fabricar una nueva línea de laminación gigante.

    El peso del inoxidable del SN4 tal como está sobre el soporte andará sobre las 42 toneladas.
    El precio de este Inox a unos 4 $ el Kg rondará los 168.000 $.

    1. Materiales de construcción:
      ULA +1
      Starship 0

      Líneas de producción:
      ULA +2
      Starship -1

      Confianza en la NASA:
      ULA +1
      Bezos (😚) +2
      Starship -1

    2. Una aclaración necesaria, la tracción de 97 Kg/mm2 no se alcanzará nunca durante el funcionamiento normal del cohete. Como la presión máxima en operación será de 6 Kg/cm2, y los cálculos están hechos para una presión que nunca alcanzará en la práctica, la máxima tracción será de unos 68 Kg/mm2, muy por debajo esta incluso de su límite elástico.

      Otra propiedad muy buena de este acero inoxidable es que tiene muy buena resistencia a la fatiga, serán necesarios mas de 100.000 ciclos de stress para que se empiece a apreciar la degradación.
      Y otra más que se me pasó es que estos datos de resistencia del Inox son a temperatura ambiente, a temperaturas criogénicas su resistencia no solo no empeora sino que aumenta significativamente.

    3. Ya que he mencionado que el cohete atlas comparte algunas características con Starship, voy a tratar de ponerlo en contexto.
      El Atlas comparte con Starship el material utilizado, Inox 301 en varios grados de endurecimiento, forma de los domos y posiblemente algunos procesos de soldadura. No obstante ya que el Atlas no está diseñado para ser reutilizado se permite llevar los límites del material mucho mas al extremo de lo que harán en Starship, cuyo diseño si que está pensado para ser reutilizable.

      El espesor de los depósitos del Atlas tenía de media 0,4 mm de espesor. Eran literalmente globos de acero inoxidable que había que mantener inflados en todo momento, incluso con el cohete vacío de combustible. Si queréis haceros una idea del espesor real solo tenéis que juntar 4
      folios de papel y ese será el espesor real de los depósitos del cohete Atlas. Para el espesor de Starship tendréis que juntar nada menos que 40.
      En el Atlas posiblemente superaban el límite de elasticidad del material puesto que solo se iba a utilizar una vez. En Starship eso no lo van a permitir en absoluto.

      En cuanto a la fatiga del material debido a las vibraciones y los esfuerzos en el lanzamiento y la reentrada de Starship, indubablemente afectará a la durabilidad y tendrán que hacer muchos cálculos y muchos ensayos. (Que la fatiga sea apreciable a partir de los 100.000
      ciclos, no quiere decir 100.000 lanzamientos).

      Aclarar también que mi campo de experiencia profesional no está ni en cohetería ni en una ingeniería cercana al cálculo de estructuras, (mas bién trato con elementos muchísimo mas pequeños). No obstante, los cálculos que he realizado sobre presiones y esfuerzos del material de
      los depósitos a presión, los puede realizar un estudiante de instituto de la rama de físicas. (Creo yo).

  9. «Se fabrican aceros Inoxidables 301 ultra duros con límites de 1800 MPa, unos 180 Kg/mm2. El cohete Atlas para una presión de 3,5 Kg/cm2 y con un espesor de inox de 0,4 mm ya tenía que
    soportar una tracción en su circunferencia de 133 Kg/cm2, o sea que los hay.»

    Joder hombre… Asumiendo que sí los halla y que no tengan un factor de seguridad, llevando todo al límite… Se te olvida lo más importante:

    El Atlas es un cohete DESECHABLE!, repito: DESECHABLE…

    por si no quedó claro:
    DESECHABLEEEE

    eso quiere decir que en este caso puedes diseñar con el límite de ruptura, ed decir hasta el punto que el material se rompe… Es decir no importa si se entra en deformación plástica porque es DESECHABLE!

    Por lo tanto hay que diseñar con el límite de fluencia…es decir cuando el material se comporta elásticamente…

    Imagínate la fatiga ya de por sí es el principal enemigo de un lanzador reutilizable… Sumale una estructura aie sufrió deformación plástica…

    Fallaría al segundo lanzamiento…

    No lo digo yo…

    Son las leyes de la física quienes dictan las propiedades mecánicas de los materiales y los métodos de diseño!

        1. Nadie a vuelto!
          Es solo resistencia de materiales y calculo de estructuras…

          De donde sacas lo de la presión máxima de operacion de 6kg/cm2?

          Todos los aceros sin excepciones son más frágiles a bajas temperaturas… Lo que se consigue connciertas aleaciones es que ese efecto sea menor a uno acero convencional…

          Tienes idea de las vibraciones que se producen en el lanzamiento de un cohete?

          Entiende algo:

          La Starship definitiva (SNXXX) tendrán un espesor mayor…a menos que la quieran dejar en la versión NO RETORNABLE de la NASA!😂😂😂

        2. Si, es un enfermo mental. Y creo que tiene otra cuenta en este foro, porque hay otro perro rabioso que tiene su estilo. A su lado, Hilario, Pochimax y Erick son haters razonables.

          1. Te da miedo mentar al perro no vaya a ser que te dé un mordisquito eh? 😉 Ya se acabo el whisky flaco?

            Estos quintocolumnistas que se autodeclaran deslumbrados con el mito, que admiten que no importa cuántos argumentos sean incapaces de rebatir, ellos seguirán a lo suyo, como buenos fanáticos – al final sólo os dedicáis a peleas de patio de colegio, piensan que todo ladrón es de su condición (llevo sin cambiar el nick desde hace 10 años, tengo mi foto en él y no soy de acobardarme con chiquilladas) incapaces de el más mínimo confronto dialéctico serio. Bueno, normal apoyando lo que apoyáis sin fisuras 😂

        3. FJVA, también lo he pensado varias veces:

          ¿no será Edwin,
          el mismo genio que decía que sólo los rusos son capaces de acoplarse en órbita a 28000 km/h… y acuñó el mítico término «motor cohético de chispa de oxígeno»? (eso tiene cierto mérito).

          Yo creo que sí lo es.

  10. La verdad es una discusión interesante, podríais hacerla un poco más civilizada. Yo, por desgracia, no tengo ni idea de soldaduras ni de resistencia de materiales.
    Si mi padre viviese le podría preguntar… todavía guardamos en la biblioteca tochos y tochos sobre welding y libracos de la ASTM. Eso sí, estaría poco actualizado, jeje. El día que descubrió que ya se podía consultar todo eso por internet casi colapsa…

    1. +1 Yo también encuentro la discusión interesante sobre las fatigas de materiales…en mi caso tenía un tío que era un maestro de las soldaduras de cualquier tipo, desgraciadamente ya no está con nosotros…

    2. la innovacion de la starship para mi radica justo en eso como hacerla viable con esos materiales porque 4mm es muy poco en mi opinion.

    1. Al final casi los mismos que el FH, supongo que lo compensarán con un incremento de potencia, utilizando la versión no «acelerable» de los Raptor.

    2. Ay esos rediseños casi triviales…

      Mientras no lleguen los milloncejos de la NASA seguimos viendo echar el metano líquido por el suelo, por cierto. Es que esto es como el coronavirus, hay que correr y luego ya preocuparse por las «protecciones apropiadas», no al revés.

    3. SI, lo he visto. Al parecer creen que pueden pasar de 200 toneladas de empuje a 250 en unos meses. Si lo consiguen se acercarán bastante al TWR del Merlin, que es el mejor que existe.

        1. FJVA, Martínez y JulioSpx:

          Esperaba más de ustedes…

          No pudieron refutarme con criterios técnicos lo que dije…

          En cambio como no les gustó la triste realidad sus pobres neuronas colapsaron y apelaron entonces al desprestigio y a fabricar fantasmas donde no los hay…

          Frecuento este blog de 2005, la verdad ya ni recuerdo.. así como muchos otros de defensa y tecnología.. siempre bajo mi único nombre: Julio César Párraga Curiel!

          Lo que pienso y analiso lo expreso de manera abierta y directa… Con orgullo, así que no me hace falta esconderme en otros nombres…

          Yo creo soy su pesadilla…lo que me enorgullece todavía más 😂😂😂

          Los ingenieros de SpaceX saben mejor que yo cada cosa que escribí… Pero Elon les miente y engaña constantemente con una nave que está muy por encima de lo que la tecnología actual puede ofrecer, al menos en los plazos o costos que el quiere…pero a Elon no le queda otra opción para mantener el prestigio de su compañía…
          Ya la NASA (conscientemente) los limitó a no retornar a tierra…menudo vehículo reutilizable que no puede regresar a tierra😱

          Saludos a mis tres foquitas adorables!!!😜

          1. Julio Párraga, ¿puedes seguir explicando más sobre las fatigas del acero inox, a altas temperaturas, y además en ambientes cryo?

            ¿Y sobre porque dudas que pueda aguantar varios ciclos de reentrada atmosféricos?

          2. Ana: muy gracioso eso que has escrito. Lo he visto de refilón al ir a cambiar de página pero he conseguido darme cuenta de qué pasó: Eusebio (que debe ser medio-español, medio-catalán) se burló de Julio (que debe ser sud o centro-americano) por no haber escrito «analizo», sino «analiso». Y tú lo has rematado de forma muy simpática. De todas formas Ana, yo sigo convencido de que eres un varón … es más apuesto a que eres un joven estudiante de letras.
            Por cierto: Julio Párraga, has mostrado una buena contraargumentación. FGVA y Martínez suelen subir datos sobre la Starship que supongo que encuentran en internet. Pero estos datos hay que analizarlos en su contexto óptimo y ellos no tienen capacidad para hacerlo. Yo hace tiempo aposté porque la Starship tendría que incrementar ese grosor a más de 4 mm (aunque signifique mayor peso) para aguantar todos los esfuerzos mecánicos y térmicos; pero esto lo tengo que estudiar mejor. Julio, ¿puedes dar enlaces (o referencias) sobre análisis de materiales de acero inoxidable para cohetería?.

          3. Hola Erick, aquí tienes una tabla del comportamiento para altas temperaturas, el inox 301 que muestran en ella tiene una resistencia de unos 125 Kg/mm2 a temperatura ambiente y disminuye al aumentar la misma.
            He encontrado las características del inox que están usando en Los SN de la Marca Outokumpu y tiene un límite de elasticidad, (yield point) de 260 Ksi, esto es 179 Kg/mm2.
            A este límite elástico teórico hay que aplicarle los factores de reducción debidos a la temperatura y márgenes de seguridad. Puede por lo tanto haber margen, (o no) hasta los 68 Kg/mm2 al que lo someterá la presión necesaria de funcionamiento que ha dicho Elon que será de 6 Kg/cm2.

            Tu que sigues NSF puedes mirar en la parte alta del SN4 que hay unas piezas rectangulares metálicas soldadas, estas son unos testigos para medir la distancia entre ellas antes y después de las pruebas de presión, de forma que si esta distancia ha aumentado indicará que se ha rebasado el límite de elasticidad del material.

          4. Gracias por la respuesta FJVA.

            Volvamos entre todos a los aportes constructivos, como estos tuyos… y dejemos los destructivos para otros foros.

          5. Elemental querido Pochi, estás hecho todo un Sherlok Holmes … Ana es efectivamente anajulia. Yo hubiera pensado que la palabra «pechonalidad» sólo sería capaz de decirla un varón; pero, bueno, acerté con lo de «de letras» eso sí que se notaba, pese a que también se nota que Ana Julia es muy fan de la astronáutica y la astronomía.
            Por otro lado, FJVA (perdona que antes puse una G en vez de la J) el enlace que pones a un capítulo (supongo que de un libro) sobre las características técnicas de los aceros inoxidables, no aclara nada sobre su uso en cohetes.
            Julio Párraga, espero que en otra entrada (o en esta pero en una quinta o sexta página) nos aclares todo eso que tú comentaste. ¿Cómo calcular teóricamente hasta qué milímetros de espesor puede aguantar presión un tanque criogénico sobre tierra?. ¿Y sobre una hipotética Starship reutilizable? (¿los rangos de temperatura sólo pueden variar como máximo de -135ºC a +840ºC en el exterior del tanque?, ¿el objetivo máximo de las presiones es que el espesor aguante hasta 1080 MPa o debemos concentrarnos mucho más en el punto de ruptura de las soldaduras?, la fatiga según los ciclos de reentrada de un cohete nadie los ha debido de computar nunca, pero seguro que no tiene nada que ver con la cifra que dio FJVA de 100000 ciclos de estrés, …). Si incluyes referencias a libros o artículos fáciles de buscar: todos aprendemos.

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