La misión de construir un cohete reutilizable para Europa

La carrera por desarrollar un cohete reutilizable europeo que pueda garantizar el acceso autónomo y rentable de Europa al espacio al tiempo que aumenta la sostenibilidad de los lanzamientos, está sobre la mesa.

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Los vehículos de lanzamiento, o cohetes, son esenciales para poner satélites y sondas espaciales en el espacio. Una vez que han cumplido su propósito, generalmente se eliminan. Pero con el número anual de nuevos satélites que se espera que crezca cuatro veces en la próxima década, los investigadores ahora están desarrollando lanzadores reutilizables más sostenibles y menos costosos.

El primer sistema de lanzamiento reutilizable, donde se recuperan algunos o todos los componentes, fue el transbordador espacial de la NASA, en uso desde 1981 hasta 2011. Todas sus partes se reutilizaron, excepto el tanque de combustible externo que se quemaría en la atmósfera. Pero los costos de mantenimiento fueron altos, lo que llevó a la opinión de que era más barato usar sistemas prescindibles.

Ansgar Marwege del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y sus colegas piensan que los cohetes reutilizables pueden ser rentables si aterrizan en posición vertical. "El transbordador espacial era muy complejo porque tenía alas, etc.", dijo Marwege. "Con un aterrizaje vertical, quieres simplificar todo eso".

 

Una de las ventajas de aterrizar en posición vertical es que la carga durante el despegue y el aterrizaje es similar, lo que es más fácil en términos de diseño. Aunque se requiere más combustible para el descenso en comparación con otras configuraciones de aterrizaje debido a las maniobras de frenado, Marwege dice que tendría poco impacto en el costo general ya que el combustible es relativamente barato.

Marwege y su equipo, junto con otros socios de investigación e industria, están investigando las tecnologías clave necesarias para hacer aterrizar un cohete verticalmente después de una misión como parte del proyecto RETALT. Están buscando aterrizar un cohete usando retro-propulsión, donde el vehículo se desacelera al generar empuje en la dirección opuesta a su movimiento. También examinarán cómo conducir un vehículo durante el aterrizaje. Dado que se espera que la base de un cohete se caliente, uno de los socios del proyecto está diseñando protección térmica de corcho.

 

Lanzadores

El equipo tiene conceptos para dos tipos diferentes de lanzadores. Uno es un lanzador de carga pesada que puede transportar una carga útil de hasta 14.000 kg, como un satélite de pronóstico del tiempo, a una órbita a unos 36.000 km sobre la superficie de la Tierra. El segundo diseño es para cargas menores de hasta 500 kg que deben transportarse a distancias de hasta aproximadamente 140 km. "Esta configuración podría usarse teóricamente para experimentos de gravedad cero o vuelos de demostración", dijo Marwege.

Hasta ahora, los investigadores han comenzado todo el trabajo técnico, como los diseños iniciales de las patas de aterrizaje. En el próximo año, realizarán pruebas estructurales y experimentos en túneles de viento para probar el comportamiento aerodinámico utilizando modelos reducidos de sus lanzadores. Un experimento probará los motores de los cohetes en el túnel de viento usando la combustión en caliente, lo cual es un desafío y no se hace con frecuencia. Sin embargo, el uso de gases calientes imita mejor cómo se genera la potencia del motor en la vida real.

Además de reducir costos, Marwege y sus colegas esperan que sus tecnologías tengan un impacto ambiental positivo. Los sistemas prescindibles crean desechos cuando se rompen en la atmósfera, donde algunas partes caen al suelo mientras que otras permanecen en el espacio. Los sistemas reutilizables contaminarán mucho menos el medio ambiente y el espacio, según Marwege.

Actualmente, en Europa, no hay lanzadores disponibles para poner en órbita satélites pequeños.

Cuando un pequeño satélite necesita ser transportado al espacio, por lo general se encuentra en un pesado lanzador con un satélite más grande. Pero eso significa que la fecha de salida y la órbita son elegidas por el contratista que envía la carga más grande.

"Es como un autobús que sale un poco lejos de su órbita, por lo que necesitan un sistema de propulsión para llegar a su órbita deseada", dijo Xavier Llairo, cofundador y director de operaciones de Pangea Aerospace en Barcelona (España).

 

Servicio

Actualmente, la compañía estadounidense-neozelandesa: Rocket Lab ofrece un servicio de lanzamiento de satélites pequeños. Aunque permite un servicio personalizado, es más costoso que compartir viajes en un lanzador pesado. Y Europa está decidida a tener sus propios cohete pequeños para poder controlar su acceso al espacio. "Es importante por razones geoestratégicas", dijo Llairo. "Y dado que es un mercado nuevo, sería genial crear crecimiento y dar oportunidades en Europa".

Para un proyecto llamado RRTB, Llairo y su equipo apuntan a crear un pequeño cohete que sea rentable y pueda reutilizarse al menos diez veces. Están desarrollando un novedoso sistema de aterrizaje utilizando ventiladores con conductos eléctricos, un sistema de propulsión utilizado actualmente en drones y UAV. Permite un aterrizaje suave y preciso, lo cual es importante si el sistema se reutilizará.

"La tecnología ya está probada y existe en otros sectores, por lo que no es muy costosa", dijo Llairo.

El motor principal no está acostumbrado a aterrizar, lo que limita el estrés térmico y aumenta la reutilización.


El proyecto, que comenzó el mes pasado, ahora está buscando cómo hacer que los tanques de combustible sean reutilizables, ya que son componentes caros en un cohete. El equipo también está comenzando a investigar cómo controlar el vehículo durante el reingreso a la atmósfera mediante simulaciones. Es una parte desafiante de la misión debido al peso y la alta velocidad y requerirá generar algo de elevación o encontrar una manera de reducir la velocidad del vehículo. "Estamos analizando diferentes escenarios y elegiremos el más prometedor", continúa Llairo.

 

Además de transportar pequeños satélites al espacio para usos científicos, comerciales y civiles, Llairo cree que algunos de sus componentes también podrían tener otras aplicaciones. Los motores ligeros de aerospike que están desarrollando, por ejemplo, también podrían adaptarse como sistemas de propulsión para satélites en el espacio. Y su sistema de aterrizaje podría usarse para brindar ayuda a las áreas de desastre. "En este momento, tienes aviones con paracaídas para aterrizar (suministros), pero nuestro sistema podría usarse para tener un aterrizaje más preciso", aclara el experto.

Tener menos impacto ambiental es uno de sus objetivos también. Además de las credenciales más ecológicas obtenidas por ser reutilizables, el cohete utilizará oxígeno líquido y metano líquido como propulsores, donde el 80% de las emisiones serán simplemente agua. Y sus motores de aerospike deberían ser aproximadamente un 15% más eficientes que los diseños actuales. "Creemos que (la sostenibilidad) es el camino a seguir en este mercado", afirma Llairo. "En 10 o 20 años a partir de ahora, será absolutamente común".

 


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