Superlanzadores europeos para colocar estaciones de energía solar en órbita

Por Daniel Marín, el 22 mayo, 2024. Categoría(s): Astronáutica • Cohetes • ESA ✎ 146

El año pasado pudimos ver la iniciativa europea PROTEIN para desarrollar nuevos lanzadores pesados. Desde la introducción del Ariane 5 en 1996, Europa occidental ha formado parte del selecto club de las potencias espaciales que poseen los cohetes orbitales más potentes —capaces de colocar más de 20 toneladas en órbita baja (LEO)—, junto con Estados Unidos, Rusia y China. Pero los nuevos lanzadores pesados en EE.UU. —Falcon Heavy, SLS, New Glenn y Starship— y China —CZ-10 y CZ-9— han relegado a Europa occidental y a Rusia a la segunda división en materia de vectores potentes. El Ariane 6 tendrá una potencia comparable a la del Ariane 5, así que es natural que la Agencia Espacial Europea (ESA) estudie la posibilidad de desarrollar lanzadores reutilizables más capaces.

Propuestas de lanzadores pesados europeos de ArianeGroup (izquierda) y RFA (derecha) de la iniciativa PROTEIN (ESA).

Hace justo un año la ESA otorgó a las empresas ArianeGroup —contratista principal de los Ariane 5 y 6— y la relativamente modesta RFA (Rocket Factory Augsburg) de Alemania contratos para estudiar cómo podría su superlanzador europeo, contratos que se desarrollarían dentro del programa PROTEIN hasta septiembre de 2023. En el estudio, la excusa para justificar la introducción de estos vectores pesados era la puesta en órbita de estaciones de energía solar que transmiten la energía generada a la Tierra mediante haces de microondas, un concepto que estuvo en boga en los años 70 y que ahora ha resucitado con fuerza. (precisamente, uno de los objetivos declarados del futuro CZ-9 chino es desplegar estas estaciones solares en órbita geoestacionaria).

Dos tipos de órbita, LEO y GEO para colocar satélites pesados de energía solar que justifiquen lanzadores pesados (ESA)

Los lanzadores pesados del contrato de la ESA de la iniciativa PROTEIN tenían que ser capaces de poner en LEO más de diez mil toneladas de carga útil al año en dos escenarios: el lanzamiento en órbita polar (SSO) de 4000 satélites de 11 toneladas cada uno o 50 enormes estaciones solares en órbita geoestacionaria (GEO) de 6500 toneladas cada una. Ahora, al fin, hemos podido ver los conceptos de lanzadores propuestos por ArianeGroup y RFA. Resumiendo, ArianeGroup apuesta por una especie de Starship europea y RFA propone un New Glenn con una segunda etapa reutilizable. La conclusión del estudio es que para múltiples misiones a LEO —teniendo en cuenta además criterios medioambientales— los lanzadores con las dos etapas reutilizables son mejores, pero para órbitas más altas lo ideal son vehículos con dos o tres etapas, pero solo con la primera reutilizable y las demás desechables. En cuanto a combustible, el estudio considera que lo ideal es usar metano en todas las etapas —o sea, como Starship— o metano en la primera etapa e hidrógeno en las superiores —es decir, igual que el New Glenn o el CZ-9—.

Propiedades de los lanzadores pesados de ArianeGroup y RFA en la iniciativa PROTEIN (ESA).

Los lanzadores propuestos por ArianeGroup pueden colocar 100 toneladas en órbita baja. El cohete optimizado para LEO, totalmente reutilizable, usaría metano en las dos etapas y tendría un diámetro de 9 metros (como Starship) y una altura de 135 metros. El otro vector, capaz de colocar 100 toneladas en LEO y 35 toneladas en una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO), sería más pequeño —100 metros de altura y 8,5 metros de diámetro— a pesar de tener la misma capacidad en LEO gracias a una etapa superior desechable de hidrógeno. Los cohetes de RFA emplearían los dos una primera etapa de metano y el resto de hidrógeno. El optimizado para LEO, de dos etapas, podría colocar 80 toneladas y también 31 toneladas en GTO, con un diámetro de 7 metros —como New Glenn— y una altura de 115 metros. El optimizado para GEO sería capaz de colocar 100 toneladas en LEO, 50 toneladas en GTO o, directamente, 29 toneladas en GEO y estaría dotado de tres etapas, las dos superiores de hidrógeno, con una altura de 135 metros. En cuanto a los motores, es de esperar que los cohetes de ArianeGroup usen el Prometheus o versiones avanzadas de este motor de metano, mientras que no está claro la planta motriz de los vectores de RFA (actualmente, la empresa fabrica los pequeños motores Helix de queroseno de 100 kilonewton de empuje).

La segunda etapa reutilizable de ArianeGroup sería una variante de mayor tamaño de la iniciativa SUSIE (originalmente, de 5 metros de diámetro) (ArianeGroup).
Familia de lanzadores reutilizables a base de metano propuesta por ArianeGroup más modestos que los presentados para PROTEIN (ArianeGroup).

En la versión totalmente reutilizable de ArianeGroup la segunda etapa aterrizaría verticalmente de forma similar a la propuesta SUSIE de la empresa. La propuesta de RFA usaría superficies aerodinámicas parecidas a las del New Glenn, pero en la segunda etapa en vez de la primera. Todas las primeras etapas harían uso de rejillas aerodinámicas y tren de aterrizaje desplegable como el Falcon 9 de SpaceX. La propuesta de ArianeGroup es una combinación de la familia de lanzadores de metano sugeridos estos últimos años con SUSIE, mientras que la opción de RFA es más original, aunque sin duda su parecido con el New Glenn llama la atención. Europa todavía está muy lejos de desarrollar estos lanzadores, que por el momento son un simple ejercicio de powerpointismo, pero este estudio de PROTEIN es un necesario primer paso. Después de los retrasos del programa Themis, la ESA haría bien en optar por desarrollar directamente un lanzador pesado más ambicioso —o una versión mediana del mismo— que evite que Europa se quede en la segunda liga de potencias espaciales y garantice la independencia de su acceso al espacio.

La propuesta de RFA usaría un diseño parecido al del New Glenn para recuperar la segunda etapa (Blue Origin).

Referencias:

  • https://www.aerosociety.com/media/23637/efs-day-2-valere-girardin.pdf


146 Comentarios

  1. Europa tiene dos opciones: apostar seriamente por uno de estos lanzadores (el completamente reutilizable mi opción más lógica) o ir negociando con Space X y EUA la construcción de instalaciones de Starship en la Guyana.

    Lo más fácil? asociarse con Space X.

    Veamos para que da el ego nacional europeo.

    1. Es que en teoría, como socio privilegiado con el que conforma casi un solo Block con EEUU, Europa tiene derechos y privilegios que otros Blockes o países no tienen. Y una asociación con transferencia de conocimientos o hacer usufructo «inteligentemente» de esa tecnología por medio de acuerdos, si realmente quisiera, estaría a su alcance.

    2. No es cuestión de ego nacional europeo.

      No conviene que Europa dependa de ninguna gran potencia, ni siquiera en cohetería, entre otras cosas para no tener que aceptar a cambio los abusos que estas hagan a terceros, como hacen EE.UU.-Israel sobre Palestina, o Rusia sobre Ucrania, o China sobre los uigures, por ejemplo.

      El que el poder de Europa esté repartido y consensuado entre los miembros de la Unión, quizá sea la principal razón de la paz más duradera que ha tenido en toda su historia. Para mantener esa paz conviene no apoyar guerras ajenas, o al menos, no apoyar a los agresores porque tengan más poder.

  2. El día que queramos hacerlo, brillaremos en cohetería. El día que Europa tenga el momento ‘hold my beer’/Sujétame el cubata, se van a enterar estos estadounidenses de lo que vale un peine. Mientras, disfrutaremos de la libertad de no estar picados con nadie y nos alegraremos del progreso de los demás países.

    1. Se trata de ver, donde estamos, pensar si es una burbuja lo que estamos viviendo, de una empresa que ha construido su negocio de telecomunicaciones para dar sentido a la reutilización. Ver si esto es sostenible (Kessler). Ver cómo se implantan normativas para este nuevo contexto, anticiparse a cómo será el mercado dentro de 20 años, y decidir qué papel queremos jugar dentro de 20 años, y poner o quitar el dinero para que podamos desempeñarlo.

      Podemos decidir usar servicios estadounidenses para cargas no críticas o crear una alternativa con el coste que conlleve. Pero el sentido común, supongo que tirará a querer mejorar el servicio, aunque sea para ‘consumo propio’, para las cargas especiales, dejando la parte comercial a los estadounidenses. Nos ahorrariamos mucho dinero que podríamos invertir en educación o sanidad, por ejemplo. O en carreteras. O en fusión nuclear. O fábricas de chips avanzadas. Hay muchas formas de invertir el dinero. Y si bien la diversificación es lo que siempre recomiendan, si cojeamos en algo, quizás no nos vaya tan mal.

  3. SpX explica qué fue mal en el IFT-3 y las lecciones aprendidas de cara al IFT-4: filtros bloqueados y válvulas obstruidas.

    https://arstechnica.com/space/2024/05/spacex-sets-next-starship-flight-date-will-focus-on-propulsion-and-landing/?comments=1&comments-page=1

    Parece que no fallan los motores, sino la alimentación. Siempre me pareció raro que los Raptor funcionaran bien en el banco de pruebas (también los v1) y luego, una vez montados en el cohete, fallasen tras un breve static fire.

    IFT-4 NET 5 de Junio

    1. Cuánta benevolencia de Berger cuando los fallos son de SpX comparado con los artículos a cuchillo cuando los fallos o problemas son de otras empresas.

      1. El Starliner lo van a lanzar ya con avería ( fuga mínima en tanques de helio, dicen ).
        La USSF está mosqueada con la disponibilidad del Vulcan.
        Y el New Glenn ¿¿¿¿??????.

        1. Claro, como toda actividad científica o espacial en sus comienzos.

          Proponerse detectar e interceptar objetos pequeños con trayectoria de colisión con la Tierra puede ser un gran incentivo para desarrollar técnicas de observación y navegación, que pueden tener muchos usos con grandes beneficios. Sobre todo si, a largo plazo, nos permiten evitar el impacto de objetos mayores.
          Los meteoroides pequeños como este nos caen a menudo, así que no faltarán ocasiones de hacer pruebas.

          Quizá esto tenga más aceptación popular que la ciencia espacial de base, porque tiene una aplicación más inmediata, sobre un tema que afecta a la seguridad. Ya sabemos lo bien que vende el miedo.

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