Lanzamiento Falcon 9 (Dragon CRS-1/SpX-1)

La compañía SpaceX ha lanzado hoy día 8 de octubre a las 00:35 UTC el cuarto cohete Falcon 9 (F4) desde la rampa SLC-40 de la base aérea de Cabo Cañaveral con la tercera nave espacial Dragon en la misión CRS-1, también denominada SpX-1 o C3. Es la primera misión rutinaria de una cápsula Dragon a la ISS después de que el pasado mayo la Dragon C2+ se acoplase con la estación en un vuelo de prueba. La Dragon CRS-1 será capturada por el brazo robot de la ISS el próximo miércoles 10 de octubre a las 11:22 UTC y el amerizaje de la cápsula en el océano Pacífico está previsto para el 28 de octubre. Ésta será la primera vez que una cápsula Dragon transporte más carga en el viaje de regreso que a la ida. Como anécdota, entre los casi 400 kg de carga de la CRS-1 destaca una pequeña cantidad de helado para los astronautas de la ISS.

Lanzamiento de la Dragon CRS-1 (NASA).

Insignia de la misión (SpaceX/NASA).

Durante el lanzamiento (1 minuto y 20 segundos tras el despegue), uno de los motores Merlin-1C de la primera etapa sufrió un problema y el ordenador de abordo lo apagó. Como resultado, los otros ocho motores tuvieron que funcionar durante 30 segundos adicionales para alcanzar la órbita. Se desconoce aún la causa del fallo y si el motor simplemente se apagó o explotó, aunque en las imágenes de vídeo se puede ver cómo se desprenden diferentes pedazos de la zona (del motor y/o del material aislante). El Falcon 9 es el único cohete en servicio capaz de sufrir la pérdida de dos motores de la primera etapa y continuar hasta la órbita. El Saturno V también sufrió la pérdida de motores en dos de sus misiones (Apolo 6 y Apolo 13), pero no explotaron. En cualquier caso, todavía es pronto para saber cómo afectará este incidente al desarrollo del Falcon 9. El año que viene está previsto que SpaceX sustituya el Falcon 9 1.0 por el Falcon 9 1.1, con una configuración de motores diferente.

Vídeo del 'incidente' con el motor de la primera fase:

CRS-1/SpX-1 es la primera misión de carga a la ISS de las doce que SpaceX debe llevar a cabo según el contrato CRS (Commercial Resupply Services) que firmó con la NASA en 2008. El precio de cada misión ha sido fijado por este contrato y SpaceX no puede subirlo aún si los costes exceden el precio original. Las dos primeras misiones de la Dragon se llevaron a cabo bajo el contrato COTS (Commercial Orbital Transportation Services). Actualmente, y a la espera de la entrada en servicio de la nave Cygnus de Orbital, la Dragon es la única nave norteamericana capaz de llevar carga a la ISS. Además, es el único vehículo de suministros a la estación que puede devolver importantes cantidades de carga útil a la Tierra. El pasado 29 de septiembre, el cohete Falcon 9 llevó a cabo una prueba de encendido de sus nueve motores Merlin en la rampa de cara al lanzamiento de hoy.

Durante el lanzamiento también se puso en órbita el satélite Orbcomm OG2-1 (FM44) de comunicaciones. Este satélite tiene una masa de 142 kg y formará parte de una constelación de 17 satélites para transmisión de datos situados en una órbita de 750 km de altura y 52º de inclinación. El satélite Orbcomm estaba unido a la segunda etapa y se separó media órbita después de la Dragon. Sin embargo, debido al problema del motor Merlin de la primera etapa el satélite ha quedado en una órbita inferior a la prevista.

Dragon

La nave Dragon ha sido construida por la empresa SpaceX para misiones a la ISS. Está dividida en dos secciones: una cápsula presurizada y una sección trasera no presurizada o 'maletero'. Es capaz de transportar un máximo de 3310 kg de carga a la ISS repartidos entre la sección presurizada y la no presurizada. También puede traer de vuelta 2500 kg dentro de la cápsula, aunque SpaceX no ha hecho públicas las especificaciones exactas de la nave y a día de hoy todavía se desconoce cuál es la masa precisa del vehículo, una auténtica anomalía dentro del programa de la ISS. Las dimensiones de la cápsula son de 4,4 metros de altura y 3,66 metros de diámetro. El maletero tiene unas dimensiones de 2,8 x 3,66 metros, con una envergadura de 16,5 metros una vez desplegados los paneles solares.

Nave Dragon (SpaceX).

El volumen útil presurizado para la carga alcanza los 10 metros cúbicos, aunque también puede llevar hasta 14 metros cúbicos de carga no presurizada en la sección trasera. A diferencia de otras cápsulas tradicionales como la Soyuz o la Apolo, el sistema de propulsión está localizado exclusivamente en la cápsula, así que la sección trasera no presurizada actúa más como un portabultos que como un módulo de servicio. Para el control de actitud y las maniobras orbitales, la cápsula está equipada con 18 propulsores Draco que usan tetróxido de nitrógeno y monometilhidrazina (MMH) almacenados en varios tanques con una capacidad total de 1290 kg. En las maniobras de reentrada o cambio de órbita, los motores pueden generar un empuje de 400 N. Un par de paneles solares localizados en la sección no presurizada generan 5 kW de potencia. La Dragon usa el sistema CUCU para comunicarse directamente con la ISS, mientras que la tripulación puede controlar la nave usando el sistema CCP (Crew Command Panel). Además, la Dragon también puede usar el sistema de comunicaciones TDRSS de satélites de la NASA.

Detalle de la cápsula donde se aprecian los propulsores Draco y el escudo de ablación de PICA (SpaceX).

Dimensiones de la Dragon (SpaceX).

Cápsula Dragon C2+ tras aterrizar (NASA).

La cápsula incluye en su parte delantera un sistema de acoplamiento PCBM (Passive Common Berthing Mechanism) para unirse a los módulos del segmento norteamericano de la ISS, aunque puede ser equipada con un sistema APAS o LIDS si es necesario. El sistema de acoplamiento está protegido durante el lanzamiento por un cono aerodinámico. La cápsula tiene en su base un escudo térmico primario de ablación construido usando el material PICA-X (Phenolic Impregnated Carbon Ablator) dispuesto en losetas, mientras que el resto de la cápsula está protegida por un material de ablación denominado SPAM (SpaceX Proprietary Ablative Material). Además del acceso frontal, la cápsula posee una escotilla lateral para facilitar el acceso en tierra -o de la tripulación en futuras versiones tripuladas-. Una vez en órbita, la Dragon abre otra escotilla que deja al descubierto las antenas y los sensores de navegación, así como el mecanismo de captura del brazo robot de la ISS. La cápsula dispone además de varios paracaídas piloto y tres paracaídas principales de 35,4 metros de diámetro para el aterrizaje. Está diseñada para sobrevivir a un amerizaje en el océano Pacífico incluso en el caso de perder uno de los paracaídas. La velocidad de descenso final es de 5-5,5 m/s.

Las naves Dragon se montan en la planta de SpaceX de Hawthorne, California, donde también se encuentra el control de la misión de la empresa. El nombre de Dragon fue elegido en honor del personaje de dibujos Puff, el dragón mágico.

Cadena de montaje de SpaceX en California (SpaceX).

Cápsula Dragon C2+ en órbita (NASA).

Acoplamiento de la Dragon en la ISS (NASA).

Manifiesto de carga de la Dragon CRS-1

Carga total de ida: 905 kg (462 kg sin los empaquetados y envoltorios).

• Suministros para la tripulación: 118 kg
• 22 raciones de comida baja en sodio en 5 bolsas.
• 29 raciones de comida adicional en 8 bolsas.
• Ropa (4 kg).
• Materiales fungibles (pilas, etc.) (4 kg).
• Manual oficial de la misión (8 kg).
• Carga útil: 177 kg.
• Equipo GLACIER (General Laboratory Active Cryogenic ISS Experiemnt Refrigerator): una nevera para guardar muestras a -160º C.
• FIR (Fluids Integrated Rack): experimento de física de fluidos en microgravedad.
• CGBA/Micro-6: experimento para medir los efectos de la microgravedad en la levadura Candida albicans.
• Cables para el detector de partículas AMS (Alpha Magnetic Spectrometer).
• CFE-2 (Capillary Flow Experiments): experimento para investigar cómo se mueven los fluidos en microgravedad.
• Bolsa para retirar resultados del experimento MISSE-8 (Materials on ISS Experiment) instalado en el exterior de la estación.
• Dos bolsas refrigeradas para transporte de muestras.
• EPO-10 (Education Payload Operations): experimento de la JAXA para grabar a los astronautas realizando experiencias de física en ingravidez con motivos educativos.
• Experimento Resist Tubule de la JAXA para estudio de fluidos en microgravedad.
• Ammonia Test Kit de la JAXA.
• Experimento Biolab (Biological Experiment Laboratory) de la ESA para experimentos biológicos en el módulo Columbus.
• Experimento Energy de la ESA para estudiar los requerimientos energéticos de los astronautas.
• Equipamiento para la ISS: 102 kg
• Sistema para verificar el aire del interior de la estación, incluyendo el sistema CHeCS (Crew Health Care System).
• Elementos del sistema de soporte vital.
• Repuestos para los sistemas de control térmico y eléctrico.
• Filtro y ventilador para el ATV de la ESA.
• Bombas para los módulos japoneses.
• Ordenadores y discos duros: 3,2 kg.

Carga total de regreso: 979 kg (759 kg sin embalaje).

• Carga de la tripulación: 74 kg.
• Manuales de vuelo.
• Artículos de relaciones públicas de la ESA.
• Equipamiento de la tripulación y artículos personales.
• Carga útil: 393 kg.
• Cinco bolsas refrigeradas con muestras.
• Experimento educativo SPHERES.
• Sistema UMS (Urine Monitoring System), un aparato para reciclar y analizar la orina que ha presentado diversos problemas de funcionamiento.
• MELFIEU (Minus Eighty-degree Laboratory Freezer for ISS): unidad de almacenaje de muestras a muy baja temperatura.
• Refrigerador GLACIER (General Laboratory Active Cryogenic ISS Experiment Refrigerator).
• Biolab de la ESA.
• Experimento Energy de la ESA.
• Experimento CsPINs de la JAXA para el estudio del efecto de la microgravedad en plantas de pepino.
• Experimento Hicari de la JAXA para estudiar el crecimiento en microgravedad de cristales semiconductores de germanuro de silicio.
• Experimento Marangoni de la JAXA para estudiar la convección en el espacio.
• Experimento Resist Tubule de JAXA.
• Experimento MICROBE III de la JAXA para monitorizar posibles patógenos dentro de la ISS.
• Experimento MYCO de la JAXA para estudiar la exposición de la tripulación a hongos y microorganismos varios.
• Unidad IPU (Image Processing Unit) de la JAXA para gestionar imágenes.
• Equipamiento de la ISS: 235 kg.
• Ordenadores: 5 kg.
• Carga del segmento ruso: 20 kg.
• Equipamiento EVA (guantes de antiguos miembros de la tripulación y otro equipo): 33 kg.

Falcon 9 v1.0

El Falcon 9 v1.0 es un cohete de dos etapas con una masa de 313 toneladas al lanzamiento y unas dimensiones de 48,1 metros de longitud y 3,66 metros de ancho (en versiones de carga, el diámetro de la cofia puede alcanzar los 5,2 metros). Es capaz de colocar en órbita baja (LEO) 9,8 toneladas y 4054 kg en órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) lanzado desde Cabo Cañaveral. Emplea queroseno (RP-1) y oxígeno líquido en todas sus etapas. La estructura del lanzador está fabricada en una aleación de aluminio y litio. El Falcon 9 ha sido desarrollado a partir de las tecnologías creadas para el pequeño cohete Falcon 1.

Falcon 9 v1.0 (SpaceX).

La primera etapa emplea nueve motores Merlin 1C con un empuje total de 3,8 MN. Cada Merlin tiene un empuje de 423 kN y un impulso específico (Isp) de 266 segundos al nivel del mar y 483 kN en el vacío. Los Merlin 1C funcionan durante 170 segundos y no tienen capacidad para regular su empuje, lo que permite abaratar el diseño y los costes operativos. Las maniobras del cohete en sus tres ejes se consiguen mediante el movimiento diferencial de los motores. La segunda etapa tiene un motor Merlin 1C Vacuum -versión del Merlin 1C para su uso en el vacío- de 411 kN y 336 s de Isp con capacidad para modificar su empuje. El giro de la segunda fase se consigue mediante el escape de los gases de la turbobomba. La segunda etapa funciona durante 345 segundos.

Disposición de los nueve motores Merlin de la primera etapa (SpaceX).


Merlin 1C (SpaceX).

A diferencia de otros lanzadores, el Falcon 9 está sujeto en la rampa mediante un mecanismo que le impide despegar a no ser que todos los sistemas funcionen correctamente. Este sistema permite realizar pruebas de encendido en la rampa con los nueve motores Merlin funcionando al mismo tiempo. A partir del vuelo Dragon C5 (CRS-3), SpaceX planea sustituir el Falcon 9 v1.0 por una versión más grande y potente denominada Falcon v1.1, con capacidad para 10,5 toneladas en LEO y 4850 kg en GTO.

    

Sistema erector del Falcon 9 (SpaceX).

Rampa de lanzamiento SLC-40 de Cabo Cañaveral (SpaceX).

Fases de la misión:

Día del lanzamiento

• T- 7 horas 30 minutos 30 segundos: se activa la cápsula Dragon y el Falcon 9.
• T- 3 h 50 min: comienza la carga de oxígeno líquido en el Falcon 9.
• T- 3 h 40 min: comienza la carga de queroseno (RP-1).
• T- 3 h 15 min: finaliza la carga de queroseno y oxígeno líquido en el Falcon 9.
• T- 10 min: comienza la secuencia de lanzamiento automática del Falcon 9.
• T- 5 min 30 s: comienza la secuencia automática de la Dragon.
• T- 2 min 30 s: el director de lanzamiento de SpaceX autoriza el despegue.
• T- 2 min: el oficial de seguridad de la USAF (RCO) autoriza el lanzamiento.
• T- 1 min: el ordenador de vuelo se prepara para el despegue y se activa el sistema de supresión de sonido en la rampa mediante agua.
• T- 40 s: se presurizan los tanques de propelentes.
• T- 3 s: comienza la secuencia de encendido de los 9 motores Merlin del Falcon 9.
• T- 0 s: despegue.
• 
  
• T+ 1 min 25 s: máxima presión dinámica (Max Q) sobre el vehículo.
• T+ 3 min: apagado de los motores de la primera etapa (MECO).
• T+ 3 min 5 s: separación de la primera etapa.
• T+ 3 min 12 s: encendido del motor Merlin de la segunda etapa.
• T+ 3 min 52 s: eyección del cono aerodinámico frontal de la Dragon.
• T+ 9 min 11 s: apagado de la segunda etapa (SECO).
• T+ 9 min 46 s: separación de la Dragon.
• T+ 11 min 45 s: despliegue de los paneles solares.
• T+ 2 h 26 min 46 s: apertura de la compuerta de los sensores GNC (Guidance and Navigation Control) para guiar los sistemas de navegación de la nave.

Día 2

Encendido de los motores Draco de la cápsula Dragon para circularizar la órbita.

Día 3

• Se activan los sistemas CUCU (COTS Ultra-High Frequency Communication Unit) y de comunicaciones por UHF para comunicarse con la ISS.
• La Dragon enciende los motores y se sitúa a 2,5 km de la estación, donde permanece estacionaria hasta que se decide continuar o no.
• La Dragon enciende los motores y se sitúa a 1,2 km, donde volverá a permanecer estacionaria hasta recibir la autorización.
• Otro encendido introduce la Dragon en el elipsoide de aproximación de la ISS. Otra parada de decisión. 
• La Dragon permanece estacionaria a 250 metros mientras los sensores Lídar fijan sus blancos en la ISS para la aproximación final.
• La Dragon se sitúa en la vertical inferior de la ISS (R-Bar) y comienza a aproximarse a la ISS.
• La nave se vuelve a parar a 30 metros de distancia mientras se decide si continuar el acoplamiento.
• La Dragon se sitúa a 10 metros de la estación, donde será capturada por el brazo robot SSRMS de la ISS operado por los astronautas desde el interior.
• La nave es acoplada al puerto nadir del módulo Harmony de la ISS.

Día 4

Apertura de la escotilla y transferencia de carga.

Traslado a la rampa para la prueba de encendido de los motores Merlin (NASA).

Nave Dragon CRS-1 y su integración con el lanzador (NASA).

Traslado a la rampa (NASA).



Lanzamiento (NASA).

Vídeo de la prueba de encendido del 29 de septiembre:

Vídeo del lanzamiento: