SpinLaunch: una centrífuga para alcanzar la órbita

Por Daniel Marín, el 19 noviembre, 2021. Categoría(s): Astronáutica • Cohetes • Comercial ✎ 104

En temas aeroespaciales se suele decir que todo está ya inventado. Por supuesto, hay espacio para la mejora, pero lo cierto es que los lanzadores orbitales actuales son simples versiones mejoradas —y a veces no mucho— de los cohetes diseñados en los años 60. Esto significa que todos ellos funcionan mediante propulsión química (y, siendo más concretos, una selección bastante limitada de propelentes químicos). Hay otros sistemas de propulsión para alcanzar la órbita, que bien sea por motivos presupuestarios, bien por motivos tecnológicos o políticos, no han logrado imponerse como alternativa a la propulsión química. Pero de tanto en cuanto, aparece alguna iniciativa que quiere destronar el reinado de la propulsión química. Una de las que más revuelo ha causado es SpinLaunch, una iniciativa que, cuando se hizo famosa allá por 2018, acaparó la atención de los medios (realmente la empresa fue fundada en 2014 por Jonathan Yaney). No obstante, en estos tiempos de redes sociales con memoria de pez, el proyecto cayó en el olvido a los pocos meses… para ser redescubierto hace unas semanas.

Concepto de centrífuga orbital de SpinLaunch (SpinLaunch).

La idea subyacente al sistema SpinLaunch es sencilla: ¿por qué no usar una centrífuga para lanzar una carga a la órbita como si fuera una enorme honda? El concepto es sencillo y elegante, pero, desgraciadamente, para hacerlo realidad hay que superar varios obstáculos. El principal es la fricción atmosférica, que supone una barrera, literalmente hablando, para este proyecto. Y no solo una vez soltada la carga, sino también durante el proceso de aceleración en la centrífuga. Otros problemas tienen que ver con la enorme aceleración lateral a la que se somete el proyectil, una aceleración que se transforma en lineal una vez lanzado. SpinLaunch intenta solventar estos inconvenientes de varias formas. Por un lado, el brazo centrífugo no suelta el proyectil a la velocidad orbital (8 km/s), lo que implicaría un frenado brutal contra la atmósfera y la necesidad de emplear un grueso y pesado escudo térmico de ablación, sino que se lanza a «solo» 8000 km/h (2,2 km/s), o sea, el 30 % de la velocidad orbital más o menos. El proyectil seguirá, por tanto, una trayectoria parabólica suborbital, reduciendo su velocidad inicial por culpa del frenado atmosférico. Una vez alcanzados los 61 kilómetros de altitud, aproximadamente, el proyectil revela su auténtica naturaleza de cohete y enciende sus motores hasta llegar a la órbita baja (en realidad, se trata de un lanzador de dos etapas). Con el fin de reducir las pérdidas por fricción, la honda-centrífuga estaría encerrada en un recinto hermético con presión reducida, facilitando la aceleración inicial (a su vez, esto implica la necesidad e introducir una «esclusa» de apertura ulta rápida entre el interior casi al vacío y la atmósfera exterior).

Recreación del lanzador de SpinLaunch (SpinLaunch).
Detalle de las dos etapas del lanzador (SpinLaunch).

El objetivo último de SpinLaunch es construir una enorme honda de 100 metros de diámetro capaz de acelerar el cohete-proyectil hasta esos 8000 km/h. En una primera fase, la capacidad de carga del lanzador será de 20 kg a  200 kg. Posteriormente se espera poder aumentar esa cifra (no hay datos al respecto, pero es dudoso que quieran lanzar cargas del orden de varias toneladas). El cohete empleará una punta dotada de un escudo térmico para mitigar el calentamiento inicial al ser expuesto a la atmósfera y estará construido usando gran proporción de materiales compuestos para aligerar la estructura y permitir que sea más fácilmente acelerada por la centrífuga. SpinLaunch asegura que podría reducir el coste del acceso al espacio en un factor de veinte con este sistema de lanzamiento, que, por el momento, se denomina simplemente OLS (Orbital Launch System).

Recreación del cohete siendo instalado en la centrífuga (SpinLaunch).

Para verificar la tecnología, SpinLaunch ha construido un centro de lanzamiento suborbital de prueba en el Spaceport America (Nuevo México, EEUU), denominado Acelerador Suborbital o L33, que dispone de la que según SpinLaunch es la cámara de vacío más grande del planeta, con un diámetro de unos diez metros. El pasado 22 de octubre SpinLaunch llevó a cabo una prueba al 20 % de la capacidad del sistema y lanzó verticalmente un proyectil pasivo de 3 metros hasta una altura de varios kilómetros (la cifra precisa no se ha hecho pública), motivo por el cual este sistema vuelve a estar en los medios.

Centrífuga suborbital de SpinLaunch en Nuevo México (SpinLaunch).

Sin duda, el que haya iniciativas dispuestas a liberarnos de la tiranía de la ecuación del cohete siempre es una buena noticia. Nadie duda de que físicamente podría ser viable. Es decir, no estamos ante una estafa o un sistema que requiera tecnología de ciencia ficción. No, el problema de SpinLaunch es que no deja de ser un sistema de lanzamiento que usa propulsión química, pero con una «primera etapa» —la centrífuga— muy exótica. El que un sistema que utiliza cohetes se presente como la «la alternativa al lanzamiento de cohetes» es una afirmación claramente contradictoria y define muy bien por qué SpinLaunch lo va a tener muy difícil para ser comercialmente viable. En cierto modo, SpinLaunch se asemeja más a sistemas de lanzamiento aéreos que a otros proyectos alternativos a la propulsión química. Al fin y al cabo, la centrífuga permite situar al cohete con una velocidad y altura iniciales que minimizan las pérdidas gravitatorias, como en un lanzamiento aéreo, lo que sirve para emplear un cohete más pequeño que uno que despegue en reposo desde el nivel del mar.

El proyectil de prueba de SpinLaunch saliendo de la centrífuga (SpinLaunch).

Ahora bien, el sistema debe afrontar, además, todas las pegas que conlleva una centrífuga y que ya comentamos antes. Por un lado, la carga útil y el cohete se someterán a aceleraciones brutales (la cifra definitiva se desconoce) y, lo peor, en sentidos diferentes según la etapa de lanzamiento (aceleración inicial, frenado atmosférico o fase propulsada). Por otro lado, hay que resolver el problema de los efectos nocivos del estampido sónico al abandonar el interior de la centrífuga y precisar el diseño exacto de la esclusa en la versión orbital (en la versión suborbital el proyectil simplemente perfora una membrana para salir al exterior, pero esto es una solución transitoria, obviamente). El escudo térmico frontal del cohete tampoco es trivial, ya que hasta ahora nadie lo había empleado (los lanzadores suelen incorporar materiales para regular la temperatura, incluso ablativos, pero no un escudo térmico como tal). Tampoco está nada claro cuáles serán las pérdidas por fricción atmosférica en la versión operativa, es decir, ¿cuáles serán las velocidades y alturas reales cuando el cohete encienda sus motores? Del valor de estos parámetros dependerá la capacidad de carga exacta del sistema. Por último, la centrífuga promete consumir unas cantidades ingentes de energía eléctrica que, directamente, pueden hacer peligrar la rentabilidad del proyecto, incluso si cuenta con un alto número de lanzamientos al año. No en vano, no debemos olvidar de que estamos hablando de un microlanzador que apenas podrá colocar 200 kg en órbita baja. Resumiendo, SpinLaunch es un concepto muy atractivo, pero su viabilidad futura es ciertamente más que cuestionable.

El equipo de SpinLaunch con la centrífuga en Nuevo México (SpinLaunch).



104 Comentarios

  1. Es un gran experimento, Instalados en la Luna y alimentados por energía solar podría elevar materiales para la construcción de megaestructuras. Espero que sigan con su desarrollo.

    Además: creo que los militares les puede interesar un lanzador subterráneo que no deje rastros de calor como un cohete.

  2. Desde mi absoluta ignorancia, pregunto. Una vez puedes quemar hidrógeno y oxígeno en cohetes reutilizables, ya es cuestión de ir ganando eficiencia y seguridad, ¿no?. Superados los cuellos de botella iniciales de fabricación (de cohetes, de combustible, de infraestructura de lanzamiento…), parece que el problema de poner masa en órbita está resuelto. Ya es cuestión de escala. Se acabarán haciendo tantos cohetes como resulte rentable para cubrir la demanda (si antes no dejan la órbita baja como un campo de minas).

    Claro que siempre puede aparecer una tecnología disruptiva que no espere nadie, pero me parece que con la gravedad y la atmósfera terrestre, están todas las cartas repartidas.

    ¿Han probao a que lo lance un vasco con los brazos?.

  3. Jaja, estos tíos están en la honda ! Pero aún no en la cresta de la ídem (-h)
    h , es decir les falta altura y requieren “segunda etapa”. . . Por ahora.

    Puestos a quemar podrían poner reactores a la centrífuga y así sería una primera etapa no eléctrica sino química ! ( en foro coches parece gustarnos el olor a kerosene quemado, jaja)

    Bueno, tras leeros creo que es una apuesta difícil pero me parece ingeniosa y cachonda. Yo pensaba que podría ser útil al contaminar menos, para subir materiales a LEO y allí utilizarlos. Ya veremos en qué queda. De momento un experimento interesante. ?quien lo paga?

  4. Scott Manley terminó su video analizando SpinLaunch agregando que sería un sistema de lanzamiento genial en la Luna, o básicamente en cualquier cuerpo celeste (casi) sin atmósfera y con una gravedad menor que en la Tierra, para lanzar carga a la órbita sin gastar combustible siquiera. Sin dudas que acarrea sus inconvenientes y ya hay otras alternativas como los lanzamientos aereos, pero tiene un potencial muy interesante, al menos en teoría.

  5. El concepto en si es raro para lanzamiento espacial, pero me es inevitable evocar las superararmas usadas en juegos como Command & Conquer y Ace Combat, algunos amigos comentaristas hablan de hacer esto mismo, pero en el espacio y les digo que si, hace tiempo en una revista Discover del año 1999, aparecio un concepto parecido, donde la carga aceleraria viajando de satelite en satelite (cada uno con su respectiva centrifuga) hasta alcanzar una velocidad deseada (eso si la parte «atmosferica se la dejaban a un cohete), tambien se extrapolo que ese tipo de sistema, con un pequeño ajuste podria convertirse en un arma antisatelite (el proponente se inspiro en el «Brilliant Pebbles» de la SDI). Para terminar veo que nombraron globos para llegara al espacio en este articulo sobre tecnologia exotica y proyectos raros; busquen en internet «Project Airship To Orbit» o «Dark Sky Station», saludos.

  6. Cuanto negativismo. Coincido que fácil no es, pero es refrescante que una idea aparentemente loca haya pasado al estado experimental a una escala nada desdeñable. He visto alguna objeción lógica pero en mi opinión salvable:

    – Consumo de varios MW de potencia y MWh de energía -> entonces se instalan packs de baterías a escala de planta de almacenamiento, que se rellenan de energía a una escala industrial normal, y en el momento del lanzamiento usas tus baterías y la red eléctrica ni se entera. Para una industria de este tipo, es una inversión hasta moderada.

    – Exceso de Gs -> ya estamos en lo de siempre, esta gente ni lo ha debido pensar, ¿no? En el vídeo se ve que la vaina exterior es un molde ceñido de la segunda etapa y la carga. Además la carga se puede diseñar teniendo en cuenta las Gs, la electrónica se puede encapsular en una pastilla solida, se podría sumergir el satélite en un liquido o gel no conductor… Vamos, que como mínimo debe ser algo factible, o si no no te metes a hacer esto ni tienes inversores.

    – Solidez mecánica – > En una etapa 0 y etapa 1 fusionadas, como esta, el coeficiente de seguridad será muy alto, pero además como es logico en un lanzamiento no habrá nadie en los alrededores. El riesgo es similar al de un lanzamiento normal.

    Para pequeños satélites, me parece una idea refrescante en el panorama, y no olvidemos que si lo consiguen, literalmente no necesitan primeras etapas, que es lo más costoso de cualquier cohete. E incluso los lanzadores aéreos tienen una primera y una segunda etapa.

    En fin, que lo tienen complicado, pero me alegro de que lo estén intentando, y les deseo lo mejor.

    1. Unos buenos generadores diésel también pueden valer, tipo central respaldo nuclear. Lo mismo por ahí no les llega red eléctrica (parece que están en el desierto)

      1. El problema es la potencia de salida. Un generador electrico diesel es bueno para darte una potencia variable durante mucho tiempo, pero tendrían que ser descomunales para dar esa potencia y energía en un breve espacio de tiempo. Con baterías es más práctico.

    2. no hablamos de varios MW sino de mas de 250 MW segun las estimaciones por lanzamiento

      no hablamos de decenas de G sino de 10.000G de aceleracion.

      que si que la idea es resfrescante pero economicamente creo que es mucho mas caro que una primera etapa convencional.

      1. Es indiferente que sean unos pocos o 250 MW. Con baterías y grandes inversores es un problema modular totalmente escalable, y puedes resolver el asunto igualmente por menos coste que construir primeras etapas. Solo necesitas superficie y unos pocos trabajadores de mantenimiento.

        En cuanto a las Gs, lo mismo de siempre, finjamos que los dueños de la idea no saben nada de física ni los obstáculos a que se enfrentan. Sus inversores tampoco han mirado nada.

  7. Hola Daniel

    Cuales son los otros sistemas de lanzamiento que se estan investigando que lograran bajar significativamente los precios de poner carga en orbita? me refiero a sistemas en investigacion no ya comercilaes

    1. Hola Mariana. Veo que ya has participado un par de veces. Bienvenida al Blog. Acá somos muy amigables pero curiosamente, salvo Ana que hace rato no da señales de vida (Ana, te extrañamos) somos todos varones. Nos vendría bien un poco de la mirada femenina.

      —————

      ☆ Algunos items sobre tu pregunta, podrían ser:

      * Propulsión eléctrica espacial basada en generación de plasma por radiofrecuencia, los HPT (Helicon Plasma Thrusters). Consorcio HIPATIA.

      * motor prototipo de cohete probado durante más de 20 segundos a base de cera de Candela. HyImpulse, nueva empresa del sector, instalada en Baden-Wurtemberg, Alemania.

      * Motores (hipersónicos) de clase SABRE que emplea intercambiadores de calor ultraligeros de alta velocidad. Van a facilitar que las aeronaves vuelen a más de cinco veces la velocidad del sonido en la atmósfera y permitirán también la construcción de vehículos de lanzamiento espacial que mejorarán grandemente la accesibilidad y la capacidad de respuesta del acceso al Espacio.

      * Cohetes clásicos, pero construidos casi totalmente con tecnología 3D. Relativity Space, Skyrora, Orbex.

      * motores para cohetes en ‘V’ más eficientes, en lugar de la estructura tipo campana que se usa normalmente. Pangea Aerospace.

      * Motores contruidos con tecnología 3D. Rocket Lab.

      * NEA Scout, pequeña y 1° nave espacial interplanetaria a propulsión de vela solar, de los Estados Unidos como parte del programa Artemis del cohete SLS y Orion.

      ☆ Pensando algo más avanzado:

      * Propulsión térmica nuclear. Basada en la fisión nuclear. NASA.

      * Propulsión nuclear eléctrica. Cohete eléctrico nuclear, basada también en la fisión nuclear. NASA.

      * Nave Espacial de 1 kilómetro de largo.
      Proyecto en evaluación, liderado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (bajo la dependencia del Ministerio de Ciencia y Tecnología chino).

      ☆ Y de yapa…, un poquito más a futuro 🙂:

      https://www.elconfidencial.com/tecnologia/novaceno/2021-04-07/cinco-motores-espaciales-que-nos-pueden-sacar-del-sistema-solar_3023040/

  8. Cómo experimento tecnológico, OK.

    Pero como algo comercialmente viable… A no ser que quieras mandar bloques de wolframio a LEO, pues no sé yo.

  9. El que se parezca a una honda me hace recordar una idea con la que a veces he fantaseado. Un gran avión estratosférico que remolcara una carga útil con un cable delgado pero ultrarresistente, quizás de nanotubos de carbono. El cable tendría kilómetros de largo y el gran avión describiría una trayectoria curva como cuando se maneja una honda, lanzando así la carga útil a mucha mayor velocidad, quizás la orbital o con una etapa química añadida. Creo que sería interesante al menos estudiar la física del concepto de forma teórica.

  10. Pues yo diría que un sistema de éstos a escala menor serviría para alterar la órbita de un asteroide malvado.
    Un pack de placas solares, baterías de almacenamiento, centrifugadora de unos metros de diámetro, se planta en el asteroide y con un par de lanzamientos lo mandas donde quieras, mismo al Sol para que no moleste.
    También podría mandar pedazos del mismo asteroide a orbitar la Tierra donde unos satélites al efecto, trajeran la carga a tierra.
    Nada que no quepa en una starship.

  11. Robert Heinlein propuso en los 50s una «catapulta» como primera etapa para cohetes en «El Hombre que vendió la Luna» (allí también escribió sobre repostar combustible en órbita «con naves tanque sin piloto»… en fin, mucho nuevo hoy estuvo pensado de antes).
    En principio bienvenida sea toda iniciativa que reduzca peso muerto de lanzamiento, pero esto me parece MUY acotado y como dice ur700, a la menor falla BOOM (el cohete-bala sometido a aceleraciones extremas, también lleva combustible sometido a las mismas aceleraciones).

    Ya que estamos, que prueben usando un cañón tamaño bestia (como parece quiso hacer Saddam Hussein).
    Capaz es hasta más eficiente: solo hay aceleración lineal.
    De todas maneras esto me parece más aplicable a un arma antisatélite que a elevar cargas útiles.

    Saludos

  12. Me pregunto si no sería una alternativa a los cohetes y sistemas tradicionales para subir carga a la órbita poner un gran satélite en el espacio y dejar caer un cable luego enganchar ese cable a una carga que se quiera llevar a órbita y levantar la carga con el cable la diferencia con el ascensor espacial es que el cable no estaría atado a tierra

  13. Una centrifugadora gigante en una cámara de vacío artificial me parece muy loco y peligroso.
    Puestos a hacer locuras para lanzamientos orbitales sin combustible se me ocurre un invento al estilo de aquellos del TBO, los del profesor Franz de Copenhage, encadenando rollos diversos: aerostato dirigible, centrífuga estratosférica, vuelo sin motor y centrífuga orbital:

    – Un dirigible eleva una máquina giratoria de la que cuelgan 2 cables opuestos de cientos de metros, con sendos aviones sin motor en sus extremos.

    – Cuando llega a la máxima altura posible, donde el aire enrarecido ofrece poca resistencia, empieza a girar la máquina, alimentada por baterías que se cargaron con el panel solar flexible que constituye la parte superior del aerostato.

    – Al llegar a la velocidad máxima, los dos aviones se liberan simultáneamente, usando sus alerones cambian su trayectoria para ascender hasta la altura de la órbita donde está otra máquina centrifugadora, alimentada también con energía solar.

    – La centrifugadora satélite los recoge con sus cables, y los eleva a otra órbita. O sube uno y baja el otro.

  14. Si me pongo a imaginar veo un gran cohete dentro de un tubo vacio que seria un gran cañon de gauss. Este tubo aceleraria al cohete a una velocidad supersonica de 2000 km/h. En ese momento el cohete romperia la membrana del extremo del cañon pasando a la atmosfera y activando sus motores cohete al mismo tiempo. Al final seria una aceleracion mixta con una parte electromagnetica y otra psrte cohete.

  15. Parece que para el programa artemisa habría que lanzar 14 lanzamientos starship de combustible (sólo para ir a la luna).

    Elon musk quiere lanzar un montón de naves para ir a marte. Con que este sistema o uno similar funcione únicamente para mandar combustible al espacio puede haber negocio enorme detrás (no se ahora mismo a cuanto cotiza subir un kilo de «combustible» al espacio). No sería necesario mandar satelites para ganar dinero.

    1. No me parece nada económico lanzar combustible al espacio con este cacharro. Necesitarías una infraestructura extra, en la órbita baja, para capturar los proyectiles y luego hacer la operación de repostaje.

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