Eureka: junio 2012

sábado, junio 30, 2012

Lanzamiento Delta IV Heavy (NROL-15)

El mayor cohete totalmente criogénico de la historia ha vuelto a despegar en una misión militar. La empresa ULA lanzó el viernes 29 de junio a las 13:15 UTC un cohete Delta IV Heavy (D360) desde la rampa SLC-37B de la base de Cabo Cañaveral. La carga era el satélite espía NROL-15 (USA-237), un proyecto secreto de la NRO (National Reconnaissance Office) que se remonta a los años 90. En este lanzamiento se ha empleado por primera vez una versión del Delta IV Heavy más potente con el nuevo motor RS-68A. Este ha sido el sexto lanzamiento de un cohete Delta IV Heavy, el lanzador norteamericano con mayor capacidad de carga actualmente en servicio.

Despegue del D360 con el NROL-15 (ULA).

NROL-15

El NROL-15/USA-237 es un satélite militar secreto. Se desconoce su misión y características, pero se cree que podría ser el sexto ejemplar de la serie Mentor (Advanced Magnum), aunque también se ha sugerido que puede ser un satélite espía stealth de la misteriosa serie Misty (básicamente, satélites espía de reconocimiento óptico KH-11 dotados de tecnología furtiva). Los Mentor (el nombre real se desconoce) son satélites geoestacionarios de inteligencia electrónica (ELINT-SIGINT) capaces de interceptar comunicaciones militares y civiles de países "enemigos" (es decir, Rusia y China principalmente). Aunque nadie sabe cómo son realmente, se ha sugerido que los Mentor podrían disponer de la antena desplegable más grande de la historia, de 107 metros de diámetro, por lo que estos satélites serían las estructuras orbitales más grandes construidas por el hombre después de la ISS. Si realmente es un Mentor, el NROL-15 debe haber incluido algún tipo de cambio de diseño que requiera la introducción de un Delta IV Heavy más potente con motores RS-68A. El primer Mentor despegó el 14 de mayo de 1995 y desde entonces se han lanzado seis unidades. La serie Mentor sustituyó a los Magnum (también conocidos como Orion), a su vez sucesores de los Rhyolite/Aquacade.

Emblema del NROL-15 (Novosti Kosmonavtiki).

Hipotético aspecto de un satélite Mentor (globalsecurity.org).

Delta IV Heavy

Este ha sido el primer vuelo de una versión mejorada del Delta IV Heavy con tres motores RS-68A y con una capacidad de situar 14,56 toneladas en una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). El Delta IV Heavy tradicional es un cohete de 2,5 etapas con capacidad para poner 23 toneladas de carga útil en una órbita baja (LEO) de 407 km y 28,7º o 13,1 toneladas en GTO. Es el lanzador con mayor capacidad de carga actualmente en servicio y el único que emplea hidrógeno y oxígeno líquidos en todas sus etapas. Fue desarrollado por Boeing en los años 90 dentro del programa EELV de la USAF, aunque hoy en día su gestión está en manos de la empresa ULA (United Launch Alliance).

La primera etapa está formada por tres bloques modulares de 5 metros de diámetro denominados CBC (Common Booster Core). Los CBC tienen unas dimensiones de 40,8 x 5,1 m y una masa de 226,4 toneladas. Cada CBC usa un motor RS-68A (fabricado por Pratt & Whitney Rocketdyne), una modificación del RS-68 con un mayor empuje e impulso específico. El RS-68A tiene un empuje de 362 toneladas, frente a las 344 toneladas del RS-68.

El RS-68 fue diseñado durante los años 90 y es el primer motor de alto empuje construido por los EE UU desde la aparición del SSME del transbordador espacial. El RS-68 es en cierto modo un SSME simplificado, ya que debido a los requisitos de reutilización, el SSME es el motor cohete más complejo y caro de la historia. De hecho, comparado con el SSME, el número de piezas del RS-68 es un 80% menor. Tiene un empuje en el vacío de 3312 kN y 2950 kN a nivel del mar, muy superior al del SSME (2278 kN), lo que lo convierte en el motor de hidrógeno y oxígeno líquidos más potente de la historia. A diferencia del SSME, está diseñado para funcionar exclusivamente en las primeras etapas de cohetes y no está optimizado para el vacío. Tampoco emplea el complejo sistema de combustión por etapas del SSME, sino un sistema de ciclo abierto más tradicional (menos eficiente, pero mucho más barato de implementar). El empuje puede ser modificado del 100% al 60%, requisito imprescindible para un motor de primera etapa que tiene que atravesar la zona de máxima presión dinámica (Max-Q).

El Delta IV Heavy (ULA).

La segunda etapa tiene también 5 metros de diámetro y usa el motor criogénico RL-10B-2, fabricado por Pratt & Whitney Rocketdyne, con un empuje de 110 kN y un impulso específico de 462 s. Este motor está basado en el venerable RL-10 desarrollado a finales de los 50 y que se usa todavía en la etapa Centaur de los cohetes Atlas V.

Diferencias entre la segunda etapa del Delta IV M (arriba) y el Delta IV Heavy (abajo) (ULA).

La familia Delta IV: se pueden usar uno o tres CBC (ULA).

La empresa ULA (United Launch Alliance), empresa formada mediante la asociación de los gigantes aeroespaciales Boeing y Lockheed-Martin, es la encargada de todas las operaciones de este lanzador desde 2006. El cohete puede ser lanzado desde la rampa LC-37B de Cabo Cañaveral (Florida) o desde la Base de Vandenberg, en California. La compleja relación entre ULA, la NASA y la USAF la podemos ver en el siguiente esquema:

Esquema de la relación entre los distintos organismos y empresas que gestionan el lanzamiento de un Delta IV (ULA).

La rampa LC-37 y las instalaciones de Cabo Cañaveral (ULA).

El cohete se monta horizontalmente en la HIF (Horizontal Integration Facility) y de allí es transportado hasta el LC-37B. La carga útil se envía a una de las diversas PPF (Payload Processing Facility) de la zona dependiendo de su naturaleza (militar, comercial o de la NASA). Una vez dentro de la cofia, el conjunto se envía a la rampa LC-37B, en donde espera el cohete. El Complejo de Lanzamiento LC-37B cuenta con una rampa, una torre de servicio móvil (MST, Mobile Service Tower) y una torre fija con umbilicales para el combustible, telemetría, sistemas hidráulicos y electricidad (FUT, Fixed Umbilical Tower).

Fases de preparación del cohete Delta IV-H y su carga (ULA).

La HIF (Horizontal Integration Facility), donde se integran los cohetes (ULA).

La rampa de lanzamiento LC-37 (ULA).

La MST, Mobile Service Tower (ULA).

Fases del lanzamiento:

T-0h 0s: lanzamiento.
T+50s: reducción del empuje de la etapa central (CBC central) para soportar la máxima presión dinámica sobre el vehículo (MAX-Q). Altura: 3,7 km. Velocidad: 0,45 km/s.
T+1min 12s: MAX-Q. Altura: 11 km. Velocidad: 0,59 km/s.
T+1min 15s: Mach 1,05. Altura: 11,7 km. Velocidad: 0,6 km/s.
T+3 min 55s: reducción del empuje de los dos bloques de la primera etapa. Altura: 90 km. Velocidad: 3,55 km/s.
T+4 min 2s: apagado de los motores de los CBC laterales. Altura: 97 km. Velocidad: 3,76 km/s.
T+4min 5s: separación de los dos bloques laterales de la primera etapa. Altura: 99 km. Velocidad: 3,8 km/s.
T+4min 6s: aumento del empuje de la etapa central.
T+4min 35s: separación de la cofia. Altura: 127 km. Velocidad: 4,44 km/s.
T+5min 28s: apagado de la etapa central (MECO). Altura: 185 km. Velocidad: 6,11 km/s.
T+5min 34s: separación de la etapa central. Altura: 193 km. Velocidad: 6,12 km/s.
T+5min 47s: encendido de la segunda etapa. Altura: 208 km. Velocidad: 6,1 km/s
T+16min 8s: apagado de la segunda etapa (SECO-1). Altura: 509 km. Velocidad: 7,53 km/s.

Fases del lanzamiento de un satélite geoestacionario desde Cabo Cañaveral por medio de un Delta IV Heavy (ULA).

Instalación de la cofia con la misteriosa carga útil (ULA).

El cohete en la rampa (ULA).

Lanzamiento (ULA).

Vídeo del NROL-15:

Vídeo del lanzamiento:

Shenzhou 9: resumen de la misión

El viernes 30 de junio a las 02:02 UTC aterrizó la cápsula Shenzhou 9 en la región china de Mongolia Interior (42,263º N, 111,279º E) después de completar una exitosa misión de 13 días de duración. A bordo viajaban el comandante Jing Haipeng, el piloto Liu Wang y la primera mujer astronauta china, Liu Yang. Durante diez días la tripulación ha vivido en el interior de la primera estación espacial china, la Tiangong 1. El aterrizaje, amortiguado por el encendido de cuatro cohetes de combustible sólido a un metro de altura sobre el suelo, fue un tanto violento por culpa de una elevada componente horizontal en la velocidad de descenso, aunque dentro de los márgenes del sistema.

La tripulación de la Shenzhou 9 en casa. De izqda. a dcha.: Liu Wang, Jing Haipeng y Liu Yang (Xinhua).

Después de despegar del centro espacial de Jiuquan el 16 de junio, la nave se situó en una órbita de 261 x 315 km. El 17 de junio la SZ-9 encendió su motor principal para elevar la órbita hasta los 315 x 326 km. Por fin, nave se acopló de forma automática con la Tiangong 1 el 18 de junio a las 06:07 UTC con una velocidad de 0,2 m/s. La escotilla entre ambos vehículos se abrió a las 09:10 UTC. Tras comprobar el funcionamiento de los sistemas de la estación, la tripulación se dedicó a llevar a cabo toda una batería de experimentos, principalmente biomédicos. Jing Haipeng y Liu Wang durmieron en los dos camarotes de la Tiangong 1, mientras que Liu Yang hizo del módulo orbital de la Shenzhou 9 su dormitorio. La "cocina" del complejo también estaba situada en el módulo orbital de la SZ-9, ya que el Tiangong 1 carece de esta instalación. Los astronautas comprobaron además el sistema de comunicaciones de la TG-1 y pudieron recibir y mandar correos electrónicos y SMS.

Nave Shenzhou y la estación Tiangong 1 (Giuseppe De Chiara).

Vista del interior del módulo orbital de la Shenzhou 9 (CCTV).

La tripulación de la SZ-9 dentro del Tiangong 1 (Xinhua).

Vídeo de Liu Yang en el interior del Tiangong 1 haciendo Taichí:

El 22 de junio se cambió la orientación del complejo y fue rotado 180º, con la Shenzhou en la parte frontal según la dirección de avance orbital. El 23 de junio la tripulación se montó en la nave y se separó del complejo para llevar a cabo un acoplamiento manual, uno de los objetivos de esta misión. Las maniobras de acoplamiento estarían controladas por Liu Wang, que se sentó para esta ocasión en el asiento central del comandante. Al igual que durante la maniobra de acoplamiento automático que tuvo lugar durante la misión Shenzhou 8, la Shenzhou 9 se alejó primero 400 metros de la estación y luego se dirigió hacia ella, parándose a 140 metros de distancia, el límite de seguridad para esta maniobra. Tras permanecer unos minutos volando en formación a esta distancia, la Shenzhou reanudó el acercamiento y se volvió a detener a 30 metros. Por fin, la SZ-9 se acopló con el Tiangong 1 por segunda vez a las 04:50 UTC con una velocidad de 0,4 m/s. Para el acoplamiento manual, la Shenzhou utiliza tres sistemas complementarios con el fin de calcular la distancia y velocidad relativas: un radar láser (LIDAR), un radar Doppler de microondas y una serie de cámaras CCD complementadas con marcas ópticas en el exterior del Tiangong. El radar de microondas se usa para distancias de 150 kilómetros como máximo hasta varias decenas de metros como mínimo, mientras que el sistema LIDAR se emplea para distancias inferiores a los 20 kilómetros, mientras que el sistema óptica entra en funcionamiento a menos de 100 metros.

Acoplamiento de la Shenzhou 9 y el Tiangong 1 (Xinhua).

Los días previos, Liu Wang había desactivado temporalmente el control de actitud de la Tiangong 1 con el fin de controlar el complejo desde la Shenzhou 9. Después del segundo acoplamiento, se volvió a cambiar la orientación del complejo 180º para volver a su estado original.

La reentrada de una nave Shenzhou tiene las siguientes fases:

T+0 minutos: Separación del módulo orbital cuando la nave se encuentra aún en órbita.
T+1 minuto: encendido del motor principal para frenar la velocidad orbital. El motor tiene un empuje máximo de 10 kN.
T+4 minutos: apagado del motor.
T+23 minutos: se separa la cápsula del módulo de servicio. La nave se sitúa en posición perpendicular a la dirección de avance para evitar que colisionen los módulos. Durante la reentrada, 8 impulsores de hidrazina de 150 N de empuje se encargan de controlar la posición de la nave para generar un mínimo de sustentación y evitar que la aceleración supere los 4 g.
T+36 minutos: se despliega el paracaídas principal. Al igual que las Soyuz, primero se despliegan dos paracaídas piloto y luego la cúpula principal de 1200 metros cuadrados.
T+39 minutos: separación del escudo térmico.
T+44 minutos: las cuerdas del paracaídas se distribuyen mediante cargas pirotécnicas para que la nave cuelgue de dos puntos en vez de uno y el vehículo quede en posición horizontal respecto al suelo. La velocidad terminal de caída es de unos 7-8 m/s.
T+48 minutos: a 1,2 metros sobre el suelo, se activan los cuatro retrochetes de combustible sólido mediante un altímetro de rayos gamma a base de cesio similar al usado en las naves Soyuz. La velocidad de impacto es de unos 1-2 m/s. Hasta la Shenzhou 7 el altímetro utilizado era un Kaktus-2V construido en San Petersburgo para las Soyuz, pero China ha introducido en las últimas misiones una copia nativa de este sistema.
T+48 minutos 01 segundos: se activa el radiofaro y las luces estroboscópicas para guiar al equipo de tierra. Si la cápsula cae en el agua, se libera una sustancia fosforescente verde para facilitar el rescate.

A diferencia de las naves Soyuz, que separan el módulo orbital y de servicio al mismo tiempo, las Shenzhou separan primero el módulo orbital antes del encendido de frenado, lo que permite aumentar la carga útil de la misión (esta maniobra también era común en las Soyuz T y Soyuz TM hasta el incidente de la Soyuz TM-5). Como curiosidad, en este aterrizaje hemos podido comprobar que la disposición de los cuatro cohetes de combustible sólido ha sido modificada con respecto al diseño de la Shenzhou 5 y ahora se parece más al diseño de la Soyuz TM.

Diferencias entre la disposición de los cohetes de combustible sólido de la Shenzhou 9, la Shenzhou 5 y la Soyuz TMA (la nave rusa dispone de 6 retrocohetes). Los paneles en las naves chinas son lastre para ajustar el centro de masas.

El Tiangong 1 tiene una longitud de 10,4 metros y un diámetro máximo de 3,35 metros, con un volumen interior de 15 metros cúbicos. Ha sido desarrollado conjuntamente entre el CAST de Pekín y el SAST de Shanghai. El programa dio comienzo en 2000 y en 2005 se decidió el diseño final. Acoplado con una nave Shenzhou, el complejo resultante tiene una longitud de 18 metros y una masa de 16,7 toneladas.

El lanzamiento de la próxima misión tripulada china, la Shenzhou 10 tendrá lugar probablemente a principios de 2013 y contará con una tripulación de tres astronautas que pasará unos veinte días a bordo de la Tiangong 1.