Primer encendido triple de tres motores Raptor: todo listo para el salto de la Starship SN8

Por Daniel Marín, el 20 octubre, 2020. Categoría(s): Astronáutica • Cohetes • Comercial • SpaceX • Starship ✎ 293

El 20 de octubre de 2020 a las 08:13 UTC SpaceX llevó a cabo en Boca Chica (Texas) una prueba de encendido exitosa de los tres motores Raptor del prototipo de Starship SN8. Aunque la prueba apenas duró un par de segundos, es un gran paso adelante para la empresa de Elon Musk. Recordemos que la SN8 es la primera Starship que lleva tres motores, ya que hasta ahora todas las Starship iban equipadas solamente con un Raptor. Tras este encendido, SpaceX planea instalar el cono con las superficies aerodinámicas antes llevar a cabo otra prueba similar. Si esta segunda prueba es un éxito, la SN8 podrá efectuar el tan esperado «salto mortal» de 15 kilómetros de altura. Previamente, el 19 y el 20 de octubre tuvieron lugar dos pruebas de los generadores de gas —preburners— de los tres motores Raptor (básicamente una prueba para comprobar el buen funcionamiento de las turbobombas, algo especialmente importante en un motor avanzado de ciclo cerrado doble como el Raptor). El encendido de los tres motores Raptor —con números de serie SN30, SN32 y SN39— se llevó a cabo apenas dos horas después de la segunda prueba de los generadores de gas.

Primer encendido de tres Raptor al mismo tiempo (nasaspaceflight.com).

El espectacular y arriesgado salto de 15 kilómetros de la SN8 abrirá la tercera fase en las pruebas de los prototipos Starship tras los encendidos estáticos de los primeros vehículos y los saltos de 150 metros que efectuaron en agosto y septiembre las SN5 y SN6, respectivamente. Después de estos llamativos saltos, el acelerado programa de pruebas de Boca Chica bajó ligeramente el ritmo con las «aburridas» pero necesarias pruebas de presurización del tanque SN7.1, tanque que finalmente fue destruido a propósito el 23 de septiembre tras alcanzar una presión de 8 atmósferas. Después de la SN7.1 le tocaría el turno de entrar en escena a la Starship SN8, el primer prototipo con superficies aerodinámicas, imprescindibles para efectuar las delicadas maniobras atmosféricas de un salto de varios kilómetros. Dejando a un lado los tanques de pruebas, la SN8 es el primer prototipo fabricado parcialmente en la aleación de acero 304L en vez de la 301. Una vez en la rampa, el 4 de octubre se realizaron pruebas de movimiento de las superficies aerodinámicas de la SN8. El 6 de octubre se llevó a cabo una prueba criogénica parcial en la que se llenaron los tanques con nitrógeno, aunque tuvo que abortarse antes de finalizar. Al día siguiente se repitió la prueba criogénica y esta vez se llenaron los tanques con la cantidad prevista de nitrógeno líquido, pero cuando se intentó presurizarlos apareció una pequeña fuga en la parte inferior del vehículo. Pese a todo, durante la prueba se alcanzaron las 7 atmósferas de presión. Por fin, el 8 de octubre se efectuó una prueba criogénica completa de más de dos horas de duración que incluyó el uso de arietes hidráulicos para simular la presión del empuje de los motores. El 9 de octubre se efectuó con éxito una segunda prueba criogénica completa. En estas dos pruebas se alcanzó una presión mínima de 7,5 atmósferas.

Los tres motores Raptor (SN30, SN32 y SN39) instalados en la SN8 (Elon Musk / SpaceX).
Recreación del primer salto de la SN8 (Neopork / https://twitter.com/Neopork85).

Una vez finalizadas las pruebas de presurización, SpaceX instaló los tres motores Raptor en la SN8, un trabajo que se completó el 14 de octubre (la Starship de serie usará seis Raptor, tres de ellos optimizados para el vacío con unas toberas más grandes). El primer encendido de los generadores de gas estaba previsto poco después de completar la instalación de los Raptor, pero finalmente la empresa de Musk se vio obligada a retrasar este calendario casi una semana. Paralelamente, SpaceX lleva varios meses refinando el diseño y montaje del cono frontal. Este cono no es un simple objeto decorativo. Además de las superficies de control frontales, incorpora propulsores (RCS) para modificar la orientación del vehículo y en la punta está instalado el tanque frontal —header tank— de oxígeno líquido (el header tank de metano se halla, a pesar de su nombre, en el fondo del tanque principal de metano; recordemos que estos tanques pequeños deben servir para garantizar un suministro de propelentes a los motores durante el breve pero crítico encendido de aterrizaje).

Elementos de la SN8 (Brendan / https://twitter.com/brendan2908).

En estas últimas semanas, SpaceX ha finalizado el prototipo SN9, el gemelo de la SN8 (aunque con más proporción de acero 304), y está construyendo las SN10, SN11 y SN12. El primer prototipo del Super Heavy, el Super Heavy SN1, también está en fase de fabricación, una muestra de que los tiempos en Boca Chica son tremendamente acelerados. Ahora que ya se ha terminado la construcción del gran edificio de montaje High Bay para los prototipos del Super Heavy, en breve se procederá al montaje del SH SN1. Este primer prototipo del Super Heavy solo usará entre dos y cuatro motores Raptor frente a los 28 que tendrá la versión definitiva y, en principio, su objetivo es realizar un salto de 150 metros. En unas declaraciones recientes a la Mars Society, Elon Musk mantuvo su convicción de que el año que viene se llevarán a cabo las primeras pruebas orbitales del sistema Starship-Super Heavy con un «80 – 90 % de probabilidades», según sus propias palabras. También mantiene el optimismo con respecto a los vuelos a Marte y cree que en 2024 se podrá realizar la primera misión de una Starship de carga al planeta rojo. Curiosamente, la versión lunar de la Starship no estará lista hasta 2023 o 204. Conocida como Moonship, esta variante ha sido presentada por SpaceX como módulo lunar para el programa Artemisa de la NASA. Estará dotada de propulsores de metano y oxígeno líquidos adicionales en la parte media de la nave para facilitar el alunizaje y carecerá de escudo térmico (los astronautas deben regresar a la Tierra en la nave Orión).

El cono frontal de la SN8 (nasaspaceflight.com / Boca Chica Gal / https://twitter.com/BocaChicaGal).

Para que estos planes sean posibles —y, de hecho, para que todo el sistema Starship tenga sentido— es necesario desarrollar primero la transferencia de combustible en órbita entre dos Starship. No olvidemos que una única Starship no es capaz de abandonar la órbita baja por sí sola, así que esta técnica es ahora mismo el cuello de botella de todo el sistema, incluso por encima del escudo térmico, un elemento que es obviamente imprescindible si queremos reutilizar la nave. No en vano, si la Starship no se puede reutilizar puede que el sistema no sea rentable, pero, al menos en teoría, podrá alcanzar la Luna o Marte (obviamente, esto no se aplica para la versión tripulada, que debe ser reutilizable sí o sí por motivos obvios). Por contra, sin transferencia de combustible el sistema es inútil para vuelos más allá de la órbita baja. Musk cree que en 2022 será posible efectuar la primera prueba orbital de carga de combustible entre dos Starship. En este sentido, SpaceX ganó hace unos días un contrato de la NASA por un valor de 53 millones de dólares para demostrar la capacidad de trasvase orbital de combustible. No es que la NASA tenga un interés especial en SpaceX, ya que en realidad repartió un total de 370 millones de dólares entre 14 compañías con el fin de desarrollar esta tecnología. De hecho, ULA se llevó 176 millones de dólares. Sea como sea, es evidente que las aventuras del sistema Starship nos van a tener muy entretenidos durante los próximos meses y años… afortunadamente.

Estado de construcción de los distintos prototipos Starship (Brendan / https://twitter.com/brendan2908).
Recreación del lanzamiento de un Starship/Super Heavy (Erc X / https://twitter.com/ErcXspace).

Lista de prototipos Starship y Super Heavy:

  • Starhopper (Starship Hopper): prototipo de pequeño tamaño con un solo motor Raptor. Realizó un salto de 20 metros el 25 de julio de 2019 y otro de 150 metros (con el motor Raptor SN6) el 27 de agosto de 2019.
  • Starship Mark 1 (Mk 1): prototipo que fue presentado en sociedad con superficies aerodinámicas, el cono frontal y tres motores Raptor. Tras retirar estos «adornos», la parte superior reventó durante una prueba de presurización con nitrógeno líquido el 20 de noviembre de 2019.
  • Starship Mk 2: prototipo que se comenzó a construir en las instalaciones de SpaceX en Cocoa Beach, Florida. Se paró su construcción tras el fallo de la Mk 1.
  • Bopper (Baby StarPopper): prototipo de tanque que el 10 de enero de 2020 fue sometido a una prueba de presuruzación destructiva (7,1 atmósferas).
  • Tanque frontal de oxígeno: header tank de oxígeno líquido que superó con éxito una prueba de presurización el 25 de enero.
  • Bopper 2: prototipo de tanque que el 29 de enero fue sometido a una prueba de presurización destructiva a 8,5 atmósferas.
  • Starship SN1 (Serial Number 1, antes Starship Mk 3): la parte inferior del tanque de oxígeno líquido reventó durante una prueba de presurización con nitrógeno el 28 de febrero de 2020 por culpa de un diseño incorrecto de la montura de los motores Raptor.
  • Starship SN2: prototipo  de tanque destinado a pruebas de presurización. Básicamente era un prototipo de los tanques de metano y oxígeno líquido sin equipos adicionales. Superó una prueba de llenado de agua y, el 8 de marzo de 2020, la prueba de presurización criogénica con nitrógeno líquido.
  • Starship SN3: el prototipo colapsó durante una prueba de presurización con nitrógeno líquido el 2 de abril de 2020 debido a un error de configuración del nuevo sistema de válvulas.
  • Starship SN4: el 27 de abril de 2020 se convirtió en el primer prototipo que superó la prueba de presurización con nitrógeno líquido (a 4,9 atmósferas). El 6 de mayo efectuó el primer encendido estático de un prototipo Starship con el motor Raptor SN18. El 10 de mayo superó una prueba de presurización con nitrógeno líquido a alta presión (7,5 atmósferas). Realizó un total de cuatro encendidos con éxito, dos con el motor Raptor SN18 y dos con el SN20, los días 6, 7, 19 y 28 de mayo. El 17 de mayo efectuó una prueba de un motor de maniobra RCS. Estaba previsto que realizase un primer salto de 150 metros de altura, pero el 29 de mayo resultó destruida junto con el motor SN20 un minuto y medio después de finalizar el quinto encendido por un fallo del sistema de desconexión rápida de los umbilicales.
  • Starship SN7: prototipo de tanque construido con acero inoxidable 304L principalmente, aunque con partes de aleación 301. El 15 de junio pasó una prueba presurización destructiva mediante nitrógeno líquido en la que alcanzó 7,6 atmósferas antes de ceder. Tras ser reparado, el 23 de junio efectuó otra última prueba de presurización destructiva.
  • Starship SN5: prototipo fabricado en aleación 301. El 30 de junio superó una prueba de presurización criogénica. Tras instalarle el motor Raptor SN27, el 30 de julio efectuó un encendido estático. El 4 de agosto de 2020 a las 23:57 UTC efectuó un salto exitoso de 150 metros de altura, convirtiéndose en el primer prototipo de Starship en volar. Permanece almacenado en Boca Chica.
  • Starship SN6: prototipo fabricado en aleación 301 similar a la SN5. El 16 de agosto superó una prueba de presurización criogénica. El 23 de agosto realizó un encendido de prueba con el Raptor SN29. El 3 de septiembre de 2020 realizó el segundo salto de un prototipo Starship, alcanzando los 150 m como la SN5, con el Raptor SN29. Permanece almacenado en Boca Chica.
  • Starship SN7.1: prototipo de tanque para pruebas destructivas, como la SN7. Fabricado en aleación 304L con elementos de 301. El 23 de septiembre de 2020 se destruyó a propósito tras alcanzar una presión de 8 atmósferas.
  • Starship SN8: prototipo fabricado con mezcla aleación 304L con partes de 301 que realizará el primer salto a gran altura (15 km) con tres Raptor y con superficies aerodinámicas y cono frontal. Entre el 6 y el 9 de octubre realizó cuatro pruebas criogénicas (la primera parcial y la segunda con una ligera fuga; el resto fueron exitosas). El 14 de octubre se terminaron de instalar los Raptors SN30, SN32 y SN39. El 19 y el 20 de octubre se llevaron a cabo dos encendidos de los generadores de gas de los Raptor. El 20 de octubre tuvo lugar su primer encendido estático, la primera vez que una Starship enciende tres motores al mismo tiempo.
  • Starship SN9: prototipo fabricado totalmente en aleación 304L, de diseño similar a la SN8. El cuerpo principal ya ha sido construido.
  • Starship SN10: la mayor parte de piezas están construidas. A la espera de montaje.
  • Starship SN11: algunas piezas ya están construidas.
  • Starship SN12: en los inicios del proceso de construcción.
  • Super Heavy SN1: primer prototipo del Super Heavy (primera etapa del sistema Starship). Llevará solamente dos o cuatro Raptors. Construidos seis conjuntos de segmentos. A la espera de montaje en el gran edificio High Bay.

 



293 Comentarios

    1. Van mejorando (los analistas) pero siguen equivocados en cuanto a costes.

      – El coste previsto por MS para la Starship multiplica los 2-3 millardos previstos por SpX.

      – Cifran el coste de Starlink en más de 30 millardos, lo que es absurdo. Con la Starship se puede reducir el coste total por debajo de los 10 millardos, incluso lanzando 40.000 satélites.

  1. OT
    —-
    Recomiendo la microserie de diez minutos por capitulo. Son catorce.
    Dont look deeper
    Tema: otra vuelta de tuerca al tema de la IA
    —-
    Recomiendo la serie sueca
    White Wall
    Tema: descubren algo extraño, de varios millones de años de antiguedad, en un deposito de materiales radiactivos, tipo Onkalo, en Suecia. No se trata de monstruos. Pinta serio y responsable, jaja, al menos hasta ahora, cap cuatro inclusive.

  2. A ver, el «eso ya lo dije yo» es lo más importante, por favor. Antes a tener razón que alegrarse por avanzar en la conquista del espacio.

    1. Y esto era respondiendo a Nowan sobre:

      «¿Qué más da qué empresa o agencia espacial es la mejor o la peor? ¿Qué importancia tiene intentar adivinar el futuro de tal o cual sistema o programa? Lo importante es que se vaya avanzando y, como indica Daniel, seguir esto de la Starship es muy divertido. Ojalá triunfe.

      Saludos a todos y mil gracias a Daniel por la calidad de su trabajo.»

  3. Voy a hacer feliz a Julio Párraga en dos actos:

    Primer Acto:

    El RD-171, RD-180 y RD-191 se supone que son reutilizables. Están certificados (al menos los dos primeros) para varios ciclos de funcionamiento.
    El ciclo ORSC de estor motores es más limpio que el Gas Generator del Merlin. El prequemador rico en oxidante reduce la cantidad de carbonilla producida, facilitando la limpieza del motor.
    Como ya dije, hay dos inconvenientes:
    – No son reencendibles en vuelo, necesitan el hardware del pad de lanzamiento para arrancar.
    – Para poder reutilizar un motor, primero debes recuperarlo intacto.

    Segundo Acto:

    Existe un motor ruso con una presión de 300 bares en la cámara de combustión, uno de mis motores favoritos, el alucinante RD-701 tripropelente (hay una versión con una cámara de combustión, el RD-704).

    https://en.m.wikipedia.org/wiki/RD-701

    «From 2009 to 2020, the engine held the record for the highest pressure successfully recorded in a combustion chamber with a pressure of 30 MPa (300 bar; 4,400 psi). This record was later surpassed by the SpaceX Raptor engine in August of 2020.»

    Nota: Hay un error en el artículo de la Wiki (creo). La masa citada es la mitad de la masa real, la masa de una sola cámara de combustión (el RD-701 tiene 2). La masa real del motor es el doble, casi 4 toneladas, para un T/W de 103 en Modo 1 (kerolox) y de 45 en Modo 2 (hidrolox).

    Es Navidad, Julio…

    1. Respecto a la polémica acerca de la presurización de los prototipos Starship, todo es relativo al factor de seguridad aplicado:

      En un vídeo dónde Tory Bruno muestra su fábrica, dice que sus cohetes tienen un factor de seguridad entre 1,1 y 1,25.
      SpaceX construye los suyos con un factor de 1,4.

      Por ejemplo, según Elon Starship necesita 6 bares para funcionar, y aplicando los factores de seguridad de SpX, tenemos:
      6 × 1,25 = 7,5 bares. (Mínimo de SpX para lanzar carga)
      6 × 1,4 = 8,4 bares. (Mínimo de SpX para lanzar pasajeros)

      Es decir, SpX aplica un factor de seguridad de 1,4 a sus cohetes, pero a los actuales prototipos de Starship les basta con un 1,25 (7,5 bares) para realizar las pruebas de vuelo, aunque el factor de seguridad final será de 1,4. Es decir, podrán soportar 8,4 bares de presión.

      Si aplicamos los márgenes de ULA a la Starship:
      6 × 1,1 = 6,6 bares. (Lanzamientos de carga)
      6 × 1,25 = 7,5 bares. (Lanzamientos tripulados)

      Vemos que SpX es más exigente que ULA en este aspecto fundamental de seguridad. Quizás influya el hecho de que los cohetes de SpX son reutilizables y necesitan ser más sólidos y duraderos.
      Es decir, lo que para ULA es válido para lanzar personas, en SpX se usaría sólo para lanzar cargas.

      Cuando SpX presurice un prototipo a 7,5 bares, hay que tener en cuenta que esa es la presión con que ULA lanzaría un cohete tripulado. ¡No está tan mal! No entiendo las críticas al respecto.

      *****

      Lars Blackmore y su equipo deben estar exultantes y comiéndose las uñas esperando el lanzamiento. Son los responsables del aterrizaje del SN8.

      1. Es decir ¿primero se calcula la presion teorica que deben soportar los tanques dado su volumen y la masa de fluido que deben encerrar y luego se le agrega el «factor de seguridad»?

        Y 8.4 bares son aprox. 84 toneladas por metro cuadrado. Ahi lo entiendo mejor.

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Por Daniel Marín, publicado el 20 octubre, 2020
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