La SN8 se estrella después de dar el primer salto a gran altura del programa Starship

Por Daniel Marín, el 10 diciembre, 2020. Categoría(s): Astronáutica • Cohetes • Comercial • SpaceX ✎ 326

Después de muchos retrasos, la Starship ha realizado al fin su primer salto a gran altura. La SN8 se ha convertido en el primer prototipo Starship en levantar el vuelo con tres motores Raptor hasta varios kilómetros de altura para luego utilizar sus cuatro superficies aerodinámicas con el objetivo de regresar a la rampa de aterrizaje. Desgraciadamente, y aunque los Raptor se volvieron a encender, la SN8 no logró frenar por completo y se estrelló en la plataforma después de haber completado la mayor parte de objetivos de la misión. Y es que, aunque era evidente que este vuelo de prueba tenía muchas probabilidades de terminar mal, lo cierto es que ver un vehículo tan grande —¡cincuenta metros de largo!— llevar a cabo estas complejas maniobras ya es un éxito en sí mismo, un espectáculo alucinante que ha dejado a todo el planeta con la boca abierta.

La SN8 maniobra para aterrizar verticalmente a poca altura (SpaceX).

La SN8 despegó desde las instalaciones de SpaceX en Boca Chica (Texas) el 9 de diciembre de 2020 a las 22:45 UTC después de un primer intento en el que la cuenta atrás se paró a pocos minutos del despegue y tras una cancelación el día anterior a tan solo un segundo de la ignición de los motores. Los tres Raptor —con números de serie SN30, SN36 y SN42— hicieron ignición alimentados por el metano y el oxígeno líquido de los tanques principales, cargados solo parcialmente para esta prueba. Era la primera vez que una Starship despegaba con tres Raptor. La SN8 ascendió lentamente por el cielo azul de Texas con el objetivo de alcanzar una altura máxima de 12,5 kilómetros. Mientras el vehículo subía, primero se apagó un motor Raptor y luego dos para evitar que la SN8 acelerase (la velocidad final fue claramente muy inferior a la que muchos esperaban). El apagado progresivo de los Raptor no había sido anunciado por SpaceX y pilló a todos por sorpresa. Unos 4 minutos y 40 segundos tras el despegue se apagó el tercer Raptor y la SN8, prácticamente suspendida en el cielo, comenzó a girar para colocarse en posición horizontal ayudada por los propulsores RCS de gas del cono frontal (una maniobra conocida como belly flop). La nave controló su caída usando las superficies aerodinámicas por primera vez en la historia del programa y se dirigió hacia la plataforma de aterrizaje, situada a pocos metros de distancia de la rampa de despegue. A los 6 minutos y 30 segundos de vuelo aproximadamente los Raptor se encendieron de nuevo con la SN8 en posición horizontal, esta vez alimentados por los pequeños tanques —header tanks o tanques frontales— de metano y oxígeno líquido (el tanque frontal de oxígeno está situado en el morro del cono ídem, mientras que el de metano se halla en el fondo del tanque principal de metano, a mitad de la sección inferior del vehículo).

Poco antes del lanzamiento (SpaceX).
La SN8 despega (SpaceX).
La SN8 enciende sus motores en horizontal antes del aterrizaje (SpaceX).

Ejecutar la crítica transición de los tanques principales a los header tanks en vuelo era uno de los objetivos de esta misión, pero sin duda la parte más delicada era la arriesgada maniobra final para enderezar el vehículo (back flip). Mientras los Raptor intentaban alcanzar la potencia requerida, la nave maniobró para colocarse bruscamente en posición vertical y frenar el descenso. Sin embargo, y según un tuit de Elon Musk, la presión del tanque frontal de metano no fue lo suficientemente alta y los Raptor no alcanzaron el empuje esperado. Uno de los motores claramente no se encendió en el momento previsto  —¿según el plan?— y otro parece que se apagó antes de aterrizar. 6 minutos y 42 segundos después el despegue, la SN8 impactó contra la plataforma de aterrizaje a gran velocidad, creando una bola de fuego que destruyó el vehículo (y eso que para entonces solo debía quedar poca cantidad de propelentes en los tanques). Ahora toca reparar los desperfectos de la rampa y probar de nuevo el salto con la SN9, el prototipo gemelo de la SN8. Solo SpaceX puede anunciar la destrucción explosiva de uno de sus cohetes como un gran éxito —no es la primera vez—, pero, independientemente de los típicos ejercicios de relaciones públicas que se pueden esperar en una situación así, hay que reconocer que este vuelo ha sido simplemente impresionante.

SpaceX había previsto llevar a cabo el vuelo de la SN8 mucho antes, pero una combinación de varios problemas ha evitado que se cumpliera el calendario previsto. El pasado 20 de octubre de 2020 a las 08:13 UTC SpaceX realizó con éxito una prueba de encendido de los tres motores Raptor de la SN8. Era la primera vez que se encendían tres Raptor —los SN30, SN32 y SN39— al mismo tiempo. Todo iba viento en popa y el salto a gran altura, por entonces de 15 kilómetros, parecía inminente. El 22 de octubre el cono frontal con los propulsores RCS y las superficies horizontales se instaló sobre la SN8. Por vez primera pudimos ver un prototipo Starship con una forma y tamaño más o menos definitivos. El motor Raptor SN39 fue sustituido por el SN36 y el 10 de noviembre se efectuó el primer encendido de un Raptor con oxígeno líquido proveniente del header tank del cono frontal. Un nuevo test el 12 de noviembre no fue tan exitoso: unos dos segundos después de la ignición, trozos del cemento de la plataforma se introdujeron en uno de los motores, provocando la aparición de chispas. A raíz de este problema, el 16 de noviembre el motor SN32 fue sustituido por el SN42. El 25 de noviembre se llevó a cabo un cuarto encendido, esta vez sin inconvenientes.

La SN8 antes del despegue (SpaceX).
Elon Musk (abajo) inspecciona la SN8 (Elon Musk/SpaceX).

Este ha sido el tercer vuelo de un prototipo Starship tras los dos saltos de 150 metros de los prototipos SN5 y SN6 el 4 de agosto y el 3 de septiembre, respectivamente. Para la prueba de 12,5 kilómetros se instalaron dos cargas explosivas a mitad del fuselaje de la SN8 como sistema de terminación de vuelo (FTS) en caso de que el vehículo perdiese el control (originalmente se había rumoreado que SpaceX no iba a emplear FTS en los prototipos Starship). En un principio este salto iba a ser de 20 kilómetros, pero luego SpaceX lo redujo a 15 y, finalmente, a 12,5 kilómetros. Ahora toca comprobar qué ha salido mal en esta prueba (¿solo la baja presión del tanque frontal de metano?). A pesar del optimismo de Elon Musk en todo lo referente a los plazos de sus programas, paradójicamente suele ser muy conservador en las estimaciones de las misiones individuales. Para este vuelo Elon anunció que no creía que las probabilidades de éxito fuesen superiores al 33 %. Y parece que hay que darle la razón.

El sistema Starship completo con el Super Heavy (SpaceX).
Los Raptor antes del lanzamiento. RIP (SpaceX).
Despegue (SpaceX).
La SN8 sube (SpaceX).
Inicio de la maniobra back flip (SpaceX).
La SN8 antes de aterrizar. Se aprecia que solo dos de los Raptor están encendidos (SpaceX).
La plataforma de aterrizaje tras la explosión. El mensaje no es irónico (SpaceX).
Estado de los prototipos Starship en Boca Chica (@brendan2908).

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 presurización 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. 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 (los SN30, SN32 y SN39). El 22 de octubre se instaló el cono frontal. El 10 de noviembre se realizó un segundo encendido con un Raptor, el primero alimentado por el tanque de oxígeno del cono. El 12 de noviembre se realizó otro encendido que presentó problemas con un motor debido a la ingestión de trozos de cemento. El 25 de noviembre tuvo lugar un cuarto encendido estático con éxito. El 9 de diciembre a las 22:45 UTC la SN8 despegó con los motores SN30, SN36 y SN42 para alcanzar los 12,5 km de altura. Se estrelló 6 minutos y 42 segundos al aterrizar con una velocidad excesiva.
  • Starship SN9: prototipo fabricado totalmente en aleación 304L, de diseño similar a la SN8. Totalmente ensamblado a la espera de pruebas.
  • Starship SN10: prototipo casi finalizado.
  • Starship SN11: prototipo casi finalizado.
  • Starship SN12-SN16: en diversas etapas de construcción.
  • Super Heavy SN1: primer prototipo del Super Heavy (primera etapa del sistema Starship). Llevará solamente dos o cuatro Raptors. Construidos varios conjuntos de segmentos. A la espera de montaje en el gran edificio High Bay.
Este es el objetivo final (SpaceX).


326 Comentarios

  1. Bienvenidos a… El análisis final.

    – El rendimiento de los motores puede calificarse de satisfactorio.
    A posteriori sabemos que:
    • las paradas de los motores durante el ascenso fueron intencionadas.
    • sólo debían reencenderse dos motores, como así fue. Por tanto, que el tercer motor no se encendiera no fue un fallo.
    • el fallo de propulsión durante el aterrizaje puede ser consecuencia de la anómala baja presión detectada en el header tank de metano.

    – TVC: El sistema de vectorización de empuje, (‘gimbal’ o balanceo del motor con fines direccionales) ha funcionado perfectamente, respondiendo con celeridad -casi con entusiasmo- a los comandos del sistema de control de vuelo.
    La mayoría de motores cohete tiene un ángulo máximo de balanceo de unos 8°, para dirigir la trayectoria durante el ascenso. Los Raptor se usan además para la maniobra de aterrizaje, por lo que su balanceo (gimbal) llega a 15°.

    – Rapidez de encendido. Es alucinante la rapidez de la secuencia de ignición del Raptor. En un segundo pasa del reposo al 100% con una llama nítida. La secuencia de ignición de un motor FFSC es particularmente compleja, por lo que el trabajo del departamento de propulsión de SpX resulta aún más impresionante.
    Esta rápida ignición era un requerimiento para ahorrar propelente durante los reencendidos y para poder sincronizar el reencendido de los motores durante el vuelo (por ejemplo, el encendido de aterrizaje debe ser preciso por razones obvias).
    Sólo hay que compararlo con la secuencia de ignición del SSME/RS-25 del Shuttle.

    – Precisión en el aterrizaje. El SN8 aterrizó justo dentro del cuadro de la pista de aterrizaje, como puede verse ampliando esta imagen:
    https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=52396.msg2166630#msg2166630
    Ampliando la parte derecha pueden verse las marcas que el SN8 dejó en la pista de aterrizaje, con la circumferencia de la nave y las patas de aterrizaje grabadas en relieve en el hormigón (!!).
    Parece claro que, sin el fallo de propulsión en los últimos segundos, el SN8 habría aterrizado en el centro de la diana. El sistema GNC (guía, navegación y control) manejó con acierto las aletas, el RCS, el TVC, etc de forma combinada.

    – El objetivo del SN9 no debería ser repetir la misión para probar el aterrizaje. El aterrizaje ya se demostró con los SN5 y SN6. El SN9 debería aspirar a cumplir nuevos hitos en vuelo y luego, aterrizar.
    Cualquier prueba de vuelo finaliza con un aterrizaje, ¿no? Por tanto, no tiene sentido probar sólo el aterrizaje. Hay que aprovechar para probar más cosas y, si todo sale bien, al final se prueba el aterrizaje, obligatoriamente.

    – Se ha visto que el SN9 ya tiene 3 motores instalados. Es decir, la nave ha sido montada íntegramente en la HighBay. En cambio, el SN8 llegó a la zona de pruebas en dos piezas, y los motores se montaron allí.
    ¿Qué significa esto? Que se sigue acelerando el progreso, y de forma coherente. El SN8 sirvió de pathfinder, y se fue probando y montando poco a poco en la zona de pruebas. El SN9 incorpora esas lecciones y se monta completo en la zona de construcción, ahorrando semanas.

    En cuanto al accidente del SN9… Creo que estar hecho de acero tiene sus ventajas, y que podrán repararlo con unos martillazos (metafóricos).

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    3. Impresion intuitiva: la lejania entre los header tanks y los motores complican un poco la cosa. 50 metros de tuberia parecen demasiado cuando todo tiene que actuar en milisegundos.
      Sospecho que los bajaran tan cerca de los motores como puedan. Tal vez haya lugar debajo del cono redondeado del tanque de oxigeno.

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  2. – 24 lanzamiento orbital del año para el F9: SiriusXM-7.
    – 7º lanzamiento y aterrizaje del booster B1051.7.
    – Primera reutilización de una semicofia en una misión para terceros. Hasta ahora sólo se reutilizaban en misiones internas Starlink.
    La reutilización de cofias empieza a ser habitual. Otro éxito del programa de reutilización de SpX.
    – La masa del satélite es de ~7 t. Dado que el límite del F9R es de 5,5 t a GTO, se ha lanzado en una órbita subsíncrona.
    «SXM-7 was inserted into a roughly 249 x 19,515 km x 27 deg initial subsynchronous transfer orbit from which it will gradually raise itself to geosynchronous orbit at 35,786 km altitude.»

    Resulta impresionante que lancen un satélite comercial superpesado a GTO en el 7º vuelo de un booster (y encima lo recuperen).
    SpX finaliza la década habiendo triunfado con su proyecto de reutilización de boosters (con sus motores), cápsulas y cofias.

    «De los creadores de «100 misiones de Space X», «100 misiones del Falcon 9» y «100 vuelos del Falcon 9», se aproxima a vuestras pantallas «1000 Starlink lanzados», «1000 Starlink en orbita» y «1000 Starlink operativos».»

    Hoy presentamos:
    – El lanzamiento orbital exitoso nº 100 del Falcon 9.
    Estrella invitada:
    – Merlin Vacuum

    El Merlin Vac, tanto en la versión Merlin 1C (5 vuelos) como Merlin 1D (98), nunca ha fallado en más de 100 lanzamientos del Falcon 9 y el Falcon Heavy.
    A diferencia de los motores de la primera etapa, un fallo en el único motor de vacío supone perder la misión.

    Mientras el booster reutilizable se lleva la atención del público, el Merlin Vac soporta la mayor parte del peso de la misión. Debe acelerar desde unos 8200 km/h hasta ~27000 km/h (bastante más si se trata de una misión a GTO), y realizar la inserción orbital con precisión. También puede insertar diferentes satélites en diferentes órbitas gracias a su capacidad de reencendido.

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