Sistema de lanzamiento espacial

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Sistema de lanzamiento espacial
Representación del artista del grupo 1 de SLS Lanzamiento del equipo con Orion en la misión de exploración 1.
Representación del artista del grupo 1 de SLS Lanzamiento del equipo con Orion en la misión de exploración 1.
Características
Funcionalidad Lanzamiento espacial
Fabricante Boeing, United Launch Alliance, Orbital ATK, Aerojet Rocketdyne
País de origen Estados Unidos
Medidas
Capacidad
Carga útil en OTB 70.000 a 130.000 kg
Cohetes asociados
Historia del despegue
Estado En desarrollo
Lugar
Ilustración artística del futuro SLS.

El SLS (acrónimo de "Space Launch System" o "Sistema de lanzamiento espacial"), es un proyecto de lanzadera de la NASA iniciado en 2010, y en fase de desarrollo, concebido como sucesor del anterior Transbordador STS, cuyo programa finalizó su vida operativa en 2011.

El programa SLS surge como sustituto del fallido Proyecto Constelación: un programa de desarrollo de lanzaderas que debía haber sucedido al STS, y que fue cancelado en 2010 por recortes presupuestarios, así como por diversas críticas sobre sus especificaciones.

Según el diseño previsto, el SLS tendrá un diámetro de 8.4 m y superará los 100 m de altura, con una capacidad de carga estimada en 130 000 kg (290 000 libras), para satisfacer el requisito del Congreso, sirviendo tanto para carga como para misiones tripuladas.[1]

El coste del programa está estimado en 10 000 millones de dólares,[2]​ y se prevé que los primeros lanzamientos de prueba del SLS se realicen en 2017,[3]​ alcanzando el estado operativo para la década de 2020.

Diseño y desarrollo[editar]

La ruta de actualización planificada del sistema de lanzamiento espacial

El 14 de septiembre de 2011, la NASA anunció su selección de diseño para el nuevo sistema de lanzamiento, declarando que, en combinación con la nave espacial Orion,[4]​ llevaría a los astronautas de la agencia más lejos en el espacio que nunca antes y proporcionaría la piedra angular Esfuerzos de exploración espacial.[5][6][7]

Se planean tres versiones del vehículo de lanzamiento SLS: Bloque 1, Bloque 1B y Bloque 2. Cada uno utilizará la misma etapa central con cuatro motores principales, pero el Bloque 1B contará con una segunda etapa más potente llamada la Etapa Superior de Exploración (EUS) , Y el bloque 2 combinará el EUS con boosters aumentados. El bloque 1 tiene una capacidad de carga base de LEO de 70 toneladas métricas (77 toneladas cortas) y el bloque 1B tiene una línea de base de 105 toneladas métricas (116 toneladas cortas). El Bloque 2 propuesto tendrá una capacidad de 130 toneladas métricas (140 toneladas cortas), que es similar a la de Saturno V.[8][9]​ Algunas fuentes afirman que esto haría al SLS el más capaz vehículo pesado construido[10][11]​ aunque el Saturno V levantó aproximadamente 140 toneladas métricas a LEO en la misión Apolo 17.[12][13]

Durante el desarrollo del SLS se consideraron varias configuraciones, incluyendo un bloque 0 con tres motores principales,[14]​ una variante del bloque 1A que habría mejorado los propulsores del vehículo en vez de su segunda etapa,y un bloque 2 con Cinco motores principales y una segunda etapa diferente, la etapa de salida de la Tierra, con hasta tres motores J-2X. En febrero de 2015, se informó que las evaluaciones de la NASA mostraron "sobre el rendimiento" en comparación con la carga útil de referencia para las configuraciones de Bloque 1 y Bloque 1B.[15]

El 31 de julio de 2013, la SLS aprobó la Revisión Preliminar de Diseño (PDR). La revisión abarcó todos los aspectos del diseño del SLS, no sólo los cohetes y reforzadores, sino también el apoyo en tierra y los arreglos logísticos.[16]​ El 7 de agosto de 2014, el bloque 1 de SLS pasó un hito conocido como Punto de Decisión Clave C y entró en desarrollo a gran escala, con una fecha estimada de lanzamiento de noviembre de 2018.[17][18]

Características[editar]

Diseño preliminar.

El diseño de este vehículo será similar al del Saturno V, siendo un poco más grande y entre un 10 y un 20% más potente que éste,[1]​ siendo pues un sistema capaz de lanzar misiones más allá de la órbita terrestre.[19]

Reducción de costes[editar]

Con objeto de reducir costes, el nuevo diseño será modular. Esto permitirá por un lado optimizar el gasto de cada lanzamiento, ajustando la configuración del cohete a las necesidades específicas de cada misión. Por otro lado, también permitirá dosificar la inversión en desarrollo, al aplazar el diseño de los módulos de potencia extra para cuando los módulos básicos estén ya finalizados.[3]​ Esta filosofía de desarrollo ocasionará que las capacidades del SLS vayan aumentando progresivamente a lo largo de la década de 2020, para alcanzar su funcionalidad completa en torno a 2032.[20]

También reutilizará componentes tanto del finalizado programa Shuttle (STS), como del cancelado proyecto Constelación.[3]​ El cohete constará de dos etapas y podría usar combustible líquido en contraposición al sólido que se empleaba hasta la fecha;[1][2]​ sin embargo esta característica no es definitiva, pues el diseño de la primera etapa del cohete está supeditado esencialmente al rendimiento de las distintas propuestas que se presenten.[19]

Para las misiones tripuladas de esta lanzadera está previsto continuar con el diseño en curso de la nave Orión.[19]

Descripción del vehículo[editar]

Representación del SLS Bloque 1 con su esquema de pintura en blanco y negro más antiguo, mostrando la etapa de núcleo grande, dos SRB de 5 segmentos y la etapa superior más pequeña.

Etapa central[editar]

La Etapa Central del Sistema de Lanzamiento Espacial tendrá un diámetro de 8,4 metros (28 pies) y utilizará cuatro motores RS-25.[21][22]​ Los vuelos iniciales utilizarán motores RS-25D modificados que queden del programa del transbordador espacial ,[23]​ se espera que los vuelos posteriores cambien a una versión más barata del motor no destinada a ser reutilizada.[24]​ La estructura de la etapa consistirá en un tanque externo modificado del transbordador espacial con la sección de popa adaptada para aceptar el sistema de propulsión principal (MPS) del cohete y la tapa convertida para recibir una estructura entre etapas.[25][26]​ Será fabricado en la instalación de la asamblea de Michoud.[27]

La etapa central será común en todas las evoluciones actualmente planificadas del SLS. La planificación inicial incluyó estudios de una configuración más pequeña del bloque 0 con tres motores RS-25,[28][29]​ que fue eliminado para evitar la necesidad de rediseñar sustancialmente la etapa del núcleo para las variantes más de gran alcance. Del mismo modo, mientras que los primeros planes del bloque 2 incluían cinco motores RS-25 en el núcleo,[30]​ se basó posteriormente con cuatro motores.[31]

Propulsores[editar]

Representación del artista del bloque 1 del SLS
Comparación del Saturn V, del transbordador espacial Ares I, del Ares V, del Ares IV, del SLS Bloque 1 y del SLS Blocque 2

Propulsores derivados de la lanzadera espacial[editar]

Los bloques 1 y 1B del SLS usarán dos Cohete de Propulsor Sólido (SRBs) de cinco segmentos, los cuales están basados en los Propulsores de Cohetes Sólidos del Transbordador Espacial de cuatro segmentos. Las modificaciones para el SLS incluyeron la adición de un segmento de refuerzo central, una nueva aviónica, y un nuevo aislamiento que elimina el asbesto del SRB de la lanzadera y es 860 kilogramos (1.900 libras) más ligero. Los SRB de cinco segmentos proporcionan aproximadamente un 25% más de impulso total que el SRB de Shuttle y no se recuperarán después del uso.[32][33]

Orbital ATK (antes Alliant Techsystems) ha completado pruebas de fuego estático de duración completa de SRBs de cinco segmentos. Estos incluyen la activación exitosa de tres motores de desarrollo (DM-1 a DM-3) de 2009 a 2011. El motor DM-2 se enfrió a una temperatura central de 40 ° F (4 ° C), y DM-3 se calentó a Por encima de los 90 ° F (32 ° C) para validar el rendimiento a temperaturas extremas.[34][35][36]​ El Motor de Calificación 1 ( en siglas en ingles QM-1) fue probado el 10 de marzo de 2015.[37]​ El Motor de Calificación 2 fue probado con éxito el 28 de junio de 2016. Era la prueba final en la tierra antes de la Misión de Exploración 1 (en siglas en ingles EM-1).

Ampliadores avanzados[editar]

Para el bloque 2, la NASA planea cambiar de SRB de cinco segmentos de Shuttle-derivado a boosters avanzados. Esto ocurrirá después del desarrollo de la etapa superior de exploración para el bloque 1B. Los planes iniciales habrían desarrollado impulsores avanzados antes de una segunda etapa actualizada; Esta configuración se llamó Bloque 1A. En 2012 la NASA planeó seleccionar estos nuevos refuerzos a través de una competición avanzada del refuerzo que debía ser celebrada en 2015. Varias empresas propusieron boosters para esta competencia:

  • Aerojet, en asociación con Teledyne Brown, ofreció un propulsor alimentado por tres motores AJ1E6, que sería un nuevo motor de combustión en etapas de oxidación rica en LOX / RP-1. Cada motor AJ1E6 produciría un empuje de 4.900 kN (1.100.000 lbf) utilizando una sola turbobomba para suministrar cámaras de combustión dual. El 14 de febrero de 2013, la NASA adjudicó a Aerojet un contrato de 23,3 millones de dólares, de 30 meses, para construir un inyector principal y una cámara de empuje de 2.400 kN (550.000 lbf).
  • ATK propuso un SRB avanzado apodado "Dark Knight". Este booster cambiaría de una caja de acero a una hecha de material compuesto más ligero, usaría un propulsor más enérgico y reduciría el número de segmentos de cinco a cuatro. Entregaría un empuje máximo de más de 20.000 kN (4.500.000 lbf) y pesaría 790.000 kg (1.750.000 lb) al encendido. Según ATK, el refuerzo avanzado sería un 40% más barato que el SRB de cinco segmentos derivado del Shuttle. Es incierto si el reforzador permitirá a SLS entregar el 130 t requerido a LEO sin la adición de un quinto motor a la etapa del núcleo, pues un análisis 2013 indicó una capacidad máxima de 113 t con el núcleo de base de cuatro motores.
  • Pratt & Whitney Rocketdyne y Dynetics propusieron un refuerzo de combustible líquido llamado "Pyrios". El booster usaría dos motores F-1B que juntos entregarían un empuje máximo de 16,000 kN (3,600,000 lbf) en total, y serían capaces de acelerar continuamente hasta un mínimo de 12,000 kN (2,600,000 lbf). El F-1B se derivaría del motor F-1, que impulsó la primera etapa del Saturn V. Habría sido más fácil de montar, con menos piezas y un diseño simplificado,al tiempo que proporciona una mayor eficiencia y un empuje Aumento de 110 kN (25.000 lbf). Las estimaciones de 2012 indicaron que el refuerzo de Pyrios podría aumentar la carga útil de la órbita de baja tierra del bloque 2 a 150 t, 20 t más que la línea de base.

Christopher Crumbly, gerente de la oficina de desarrollo avanzado de SLS de la NASA en enero de 2013, comentó sobre la competencia de refuerzo "El F-1 tiene grandes ventajas porque es un generador de gas y tiene un ciclo muy simple. El ciclo de combustión en etapas ricas en oxígeno [el motor de Aerojet] tiene grandes ventajas porque tiene un impulso específico superior. Los rusos han estado volando ricos en oxígeno durante mucho tiempo, cualquiera de los dos puede trabajar, los sólidos [de ATK] pueden funcionar ".

Un análisis posterior mostró que la configuración del bloque 1A daría como resultado una alta aceleración que sería inadecuada para Orión y podría requerir un rediseño costoso del núcleo del bloque 1. En 2014, la NASA confirmó el desarrollo del Bloque 1B en lugar del Bloque 1A y canceló la competición de refuerzo 2015. En febrero de 2015, se informó que se espera que SLS vuele con el SRB de cinco segmentos hasta por lo menos a fines de 2020 y se evaluaron las modificaciones a la plataforma de lanzamiento 39B, su zanja de llama y la plataforma de lanzamiento móvil de SLS basándose en el lanzamiento de SLS con sólidos - propulsores de combustible.

Etapa superior[editar]

Un motor RL10, como el que se muestra arriba, se utilizará como motor de segunda etapa en las etapas superiores de ICPS y EUS.

Etapa de propulsión criogénica provisional[editar]

El bloque 1, programado para volar la Misión de Exploración 1 (EM-1) para noviembre de 2018, usará la Etapa de Propulsión Criogénica Interina (ICPS). Esta etapa será una modificada Delta IV de 5 metros Delta Cryogenic Segunda Etapa (DCSS), y será alimentado por un solo RL10B-2. El bloque 1 será capaz de elevar 70 t en esta configuración, sin embargo el ICPS será considerado parte de la carga útil y se colocará en una trayectoria suborbital inicial de 1.800 km por 93 km para garantizar la eliminación segura de la etapa central. ICPS realizará una quemadura de inserción orbital en el apogeo, y luego una inyección translunar quemar para enviar el Orion desenroscado en una excursión circunlunar.

Exploración Etapa Superior[editar]

La Etapa Superior de Exploración (EUS) está programada para debutar en la Misión de Exploración 2 (EM-2). Se espera que sea utilizado por el Bloque 1B y Bloque 2 y, al igual que la etapa central, tiene un diámetro de 8,4 metros. El EUS debe ser alimentado por cuatro motores RL10, completar la fase de ascenso SLS y luego volver a encenderse para enviar su carga útil a destinos más allá de la órbita terrestre baja, similar al papel desempeñado por la 3ª etapa de Saturn V, la J -2 alimentado S-IVB.

Otras etapas superiores[editar]

  • La etapa de la salida de la tierra, accionada por los motores J-2X, sería la etapa superior del bloque 2 SLS tenía NASA decidido desarrollar el bloque 1A en vez del bloque 1B y del EUS.
  • En 2013, la NASA y Boeing analizaron el desempeño de varias opciones de segunda etapa. El análisis se basó en una carga de propulsor utilizable de segunda etapa de 105 toneladas métricas, excepto para el Bloque 1 y el ICPS, que transportará 27,1 toneladas métricas. Se estudió la etapa superior del ICPS y las etapas superiores usando cuatro motores RL10 y dos motores MB60 y un motor J-2X. En 2014, la NASA también consideró el uso de la Vinci Europea en lugar de la RL10. El Vinci ofrece el mismo impulso específico, pero con un empuje del 64% mayor, lo que permitiría una reducción de uno o dos de los cuatro motores de segunda etapa para el mismo rendimiento a un costo menor. Las misiones de exploración robótica a la luna de hielo de Júpiter Europa se consideran cada vez más bien adaptadas a las capacidades de elevación del SLB del bloque 1B.
Los motores nucleoeléctricos nucleares Bimodal en el vehículo de transferencia de Marte (MTV). Lanzado en frío, sería montado en órbita por una serie de bloque 2 del SLS ascensores de carga útil. La cápsula del tripulante Orion está acoplada a la derecha.
  • Un motor más allá-LEO para el viaje interplanetario de la órbita de tierra a la órbita de Marte, y la parte posterior, se está estudiando a partir de 2013 en el centro del vuelo espacial de Marshall con un foco en los motores nucleares del cohete termal (NTR). En las pruebas históricas de tierra, las NTR demostraron ser al menos dos veces más eficientes que los motores químicos más avanzados, lo que permite un tiempo de transferencia más rápido y una mayor capacidad de carga. La duración más corta de los vuelos, estimada en 3-4 meses con motores NTR, en comparación con 8-9 meses utilizando motores químicos , reduciría la exposición de la tripulación a los rayos cósmicos potencialmente dañinos y difíciles de proteger. Los motores NTR, como el Pewee de Project Rover, fueron seleccionados en la Arquitectura de Referencia de Diseño de Marte (DRA).[38][39][40][41]

Calendario de misiones del SLS[editar]

La siguiente lista incluye sólo misiones confirmadas.

Misiones SLS confirmadas (historial de lanzamientos)
Misión Acrónimo Cohete Con tripulación Fecha de lanzamiento Estado Duración Resumen de la Misión Destino Referencia
Misión de Exploración 1 EM-1 SLS Bloque 1 Tripulación Tal vez Noviembre 2018[17] Planificada 1 mes Envíe la cápsula de Orión en un viaje alrededor de la Luna, despliegue de otros 6 CubeSats pequeños.[42][43] Órbita lunar [17][44]
Europa Clipper EC SLS Bloque 1B Carga No 2022 Planificada Misión de clase de buque insignia sin tripulación para explorar Europa. Se espera que sea lanzado para 2022. Órbita Joviana [45][46][47]
Misión de Exploración 2 EM-2 SLS Block 1B Tripulación Si 2023 Planificada 8-21 días La cápsula Orion (tripulación 4) entrega a Órbita lunar el primer módulo de Deep Space Gateway (DSG), el Propulsor Prop / Prop de 40 kW Órbita lunar [48][47][49][50][51][52]
Misión de Exploración 3 EM-3 SLS Block 1B Tripulación Si 2024 Planificada 16-26 días La cápsula de Orión (tripulación 4) entrega a Órbita lunar el módulo de habitación a la DSG. Órbita lunar [53]http://www.waaytv.com/space_alabama/how-nasa-plans-to-put-boots-on-mars-using-huntsville/article_6e3453de-13c5-11e7-847e-3fe56b428c09.html

https://www.nasaspaceflight.com/2017/04/nasa-goals-missions-sls-eyes-multi-step-mars/

Misión de Exploración 4 EM-4 SLS Block 1B Tripulación Si 2025 Planificada 26-42 días Orion cápsula (tripulación 4) logística de entrega a la DSG. Órbita lunar http://www.waaytv.com/space_alabama/how-nasa-plans-to-put-boots-on-mars-using-huntsville/article_6e3453de-13c5-11e7-847e-3fe56b428c09.html
Misión de Exploración 5 EM-5 SLS Block 1B Tripulación Si 2026 Planificada 26-42 días La cápsula Orion (tripulación 4) entrega a Órbita lunar el módulo de la cámara de aire al DSG. Órbita lunar http://www.waaytv.com/space_alabama/how-nasa-plans-to-put-boots-on-mars-using-huntsville/article_6e3453de-13c5-11e7-847e-3fe56b428c09.html
Misión de Exploración 6 EM-6 SLS Block 1B Carga No 2027 Planificada Transporte espacial profundo (DST) al DSG. Órbita lunar http://www.waaytv.com/space_alabama/how-nasa-plans-to-put-boots-on-mars-using-huntsville/article_6e3453de-13c5-11e7-847e-3fe56b428c09.html
Misión de Exploración 7 EM-7 SLS Block 1B Tripulación Si 2027 Planificada 191-221 días Cápsula de Orion (tripulación 4) - misión de salida de DST. Órbita lunar http://www.waaytv.com/space_alabama/how-nasa-plans-to-put-boots-on-mars-using-huntsville/article_6e3453de-13c5-11e7-847e-3fe56b428c09.html
Misión de Exploración 8 EM-8 SLS Block 1B Carga No 2028 Planificada DST Cargo Logistics y misión de reabastecimiento. Órbita lunar http://www.waaytv.com/space_alabama/how-nasa-plans-to-put-boots-on-mars-using-huntsville/article_6e3453de-13c5-11e7-847e-3fe56b428c09.html
Misión de Exploración 9 EM-9 SLS Block 2 Tripulación Si 2029 Planificada 1 año Orion cápsula (tripulación 4) - DST de larga duración shakedown misión. Órbita lunar http://www.waaytv.com/space_alabama/how-nasa-plans-to-put-boots-on-mars-using-huntsville/article_6e3453de-13c5-11e7-847e-3fe56b428c09.html
Misión de Exploración 10 EM-10 SLS Block 2 Cargo No 2030 Planificada Logística de carga y misión de reabastecimiento Órbita lunar http://www.waaytv.com/space_alabama/how-nasa-plans-to-put-boots-on-mars-using-huntsville/article_6e3453de-13c5-11e7-847e-3fe56b428c09.html
Misión de Exploración 11 EM-11 SLS Block 2 Tripulación Si 2033 Planificada 2 años Vuelo interplanetario Órbita marciana http://www.waaytv.com/space_alabama/how-nasa-plans-to-put-boots-on-mars-using-huntsville/article_6e3453de-13c5-11e7-847e-3fe56b428c09.html
Asteroid Redirect Crewed Mission ARCM SLS Block 1B Tripulación Si 2026 Cancelada Envíar una cápsula Orion con cuatro miembros de la tripulación a un asteroide que había sido robóticamente capturado. The Moon and a captured asteroid boulder [54][55]

Véase también[editar]

Referencias[editar]

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Enlaces externos[editar]