Ventana al espacio (CLXII)

NGC 3132, desde el telescopio James Webb.

 

Los colosos

Ahora que está en boca de casi todos el nuevo y colosal cohete de la NASA, el famoso SLS, se nos ha ocurrido hablar de algunos cohetes que han podido, pueden, y podrán, lanzar grandes cargas al espacio. Es simple cuestión de potencia, o de buscar soluciones ingeniosas.

Para mandar al ser humano a la Luna, se necesita un lanzador extraordinariamente capaz. No es como enviar un satélite al espacio: en un vuelo tripulado, no sólo se lanza un vehículo, también a su tripulación, aire para respirar, agua para beber y lavarse, equipaje y otros objetos personales… Vamos, como cuando te vas de vacaciones, pero pelín más caro. ¿Qué solución adoptó la NASA? El célebre Saturn V. Todos sabéis cómo es, alto, grueso, enérgico. Con casi ciento once metros de altura hasta la torre de salvamento de Apollo, es el cohete más alto que se haya lanzado. Pero también se diseñó para ser potente. Era capaz de situar en órbita baja terrestre hasta ciento cuarenta mil kilogramos de masa, suficiente como para que la tercera etapa pusiera en dirección a la Luna el conjunto entre los módulos de mando y servicio y el módulo lunar. El Saturn V era un lanzador de tres etapas, con la primera, usando cinco motores Rocketdyne F-1, proporcionando un empuje en seco de 35.100 kilo Newtons (kN) de fuerza, una segunda usando también cinco motores de Rocketdyne, modelo J-2, con una potencia máxima de 5141 kN de empuje, y la tercera, con un único propulsor J-2, entregando 1033 kN de fuerza. La clave de la potencia y capacidades del Saturn V estaba en la utilización de combustibles criogénicos (hidrógeno y oxígeno líquidos), ya que son capaces de proporcionar, a igualdad de capacidad de combustible, un mayor impulso específico. Para su primera etapa, se usaba keroseno altamente refinado (conocido como RP-1) y oxígeno líquido. Un cohete con muchas medidas de seguridad, que no falló ni una sola vez cuando voló con astronautas. Y no es cierto que sólo sirviese para las misiones Apollo. De hecho, la estación espacial Skylab (más de setenta y seis mil toneladas de masa) era una tercera etapa reconstruida, y puesta en órbita con sólo dos etapas. Sí, era colosal y potente. Y un ejemplo a seguir.

Fuente: http://www.russianspaceweb.com/index.html

Durante años, la extinta Unión Soviética negó tener planes o ambiciones de situar un ser humano sobre la Luna. Pero lo cierto es que los tuvieron, y el lanzador que debía haber sido su pieza central era el mítico N1. Mejor llamado N1-L3, era un sistema de cinco etapas, todas usando RP-1 y oxígeno líquido como combustible. Fue la obra final de Sergei Korolev quien, por desgracia, nunca lo vio despegar, porque falleció casi tres años antes de su primer vuelo. Podemos considerarlo una especie de súper Soyuz, un cohete de forma cónica y ciento cinco metros de altura, cuya primera etapa es de record, no batido, con una base de diecisiete metros de diámetro y un total de treinta motores NK-15, con un anillo externo de veinticuatro unidades, y uno interno de seis. Todo controlado por un sistema exclusivo. El empuje de esta primera etapa era superior a la del Saturn V, de hasta 45.400 kN de empuje. Hay que decir que en la combinación N1-L3, N1 se correspondía en las tres primeras etapas del conjunto, y L3 era la etapa que iría a la Luna, con dos propulsores. Así, la segunda etapa del N1, de ocho motores NK-15V, proporcionaba una potencia de 14040 kN, y la tercera etapa, con cuatro motores NK-21, 1610 kN, entregando las noventa y cinco toneladas de la fase L3 a órbita baja terrestre. Sólo hubo cuatro intentos de lanzamientos de prueba, todos calamitosos, por desgracia, con el segundo destruyendo por completo la plataforma de lanzamientos. Su vuelo más largo fue de ciento siete segundos, antes de perderse. ¿Por qué fracasó? Al fallecimiento de Korolev se le sumaron otros imponderables: poco presupuesto, calendario de pruebas apresurado, ausencia de pruebas clave, la disputa Korokev-Glushko sobre los motores que se debían usar… Todo conspiró para que el sueño del N1 se convirtiese en pesadilla. Ya hablaremos de qué plan tenía la Unión Soviética de una misión lunar.

Un contemporáneo del N1 sigue volando, y aún le queda tiempo de vuelo. Nos referimos al Proton. La criatura de Vladimir Chelomei, ha sido, durante bastante tiempo, el lanzador más potente en servicio, exceptuando al transbordador, por supuesto. Hay que admitir una cosa sobre el Proton: a Korolev no le gustaba. La razón hay que buscarla en su combustible, porque usa líquidos hipergólicos (es decir, reaccionan al contacto y prenden), ya que es altamente tóxico. Pero este tipo de combustibles eran los favoritos de Glushko. El Proton, o UR-500, iba a ser una alternativa al antes mencionado, porque con sus tres etapas, ofrecía potencia como para mandar una nave Soyuz con dos cosmonautas en una misión semejante a la que hizo Apollo 8. Por supuesto, no se compara en potencia o dimensiones a los anteriores, con una altura de cincuenta y tres metros, y tres etapas con potencias de 10470, 2399 y 630 kN, respectivamente, usando seis motores RD-275 en la primera etapa, cuatro (tres RD-0210 y un RD-2011) en la segunda y un RD-0212 en la tercera. En esta configuración, puede poner en órbita baja terrestre 23.700 kg,, suficiente como para elevar las distintas estaciones espaciales soviéticas y rusas, así como los módulos Zarya, Zvezda y Nauka de la ISS. Tras la versión inicial, llegó la Proton-K y actualmente en servicio, la Proton-M y, si no hay cambios al plan, aún podrá volar hasta el 2030.

Durante un tiempo, la NASA quiso que su transbordador fuera su único lanzador, pero no evitó que desarrollara cohetes. Al final, el Titan-IVB fue, durante un tiempo, su mayor lanzador. Sí, era capaz y potente, ya que fue quien puso a Cassini-Huygens en camino de Saturno. Y era capaz de situar casi veintidós mil kilogramos de carga útil en órbita baja terrestre. Para lograrlo, usaba una etapa núcleo de dos etapas que quemaban combustibles hipergólicos, y dos aceleradores de combustible sólido, expulsables. Como opción, una etapa criogénica Centaur-T. Capaz, sí, pero preocupaciones por su seguridad provocaron su destierro. Los combustibles hipergólicos fueron los causantes.

A partir de la década del 2000 han aparecido muchos tipos de lanzadores pesados. Cohetes como los Atlas V, Delta iV, Ariane 5, H-II, GSLV Mk.III o CZ-5 poseen capacidades semejantes, entre diez y veintiocho toneladas de carga útil en órbita baja, usando combinaciones normales de combustible: keroseno y oxígeno líquido, o sólidos y criogénicos, o únicamente criogénicos. Sin embargo, los tres primeros tienen los días contados. Han aparecido nuevos concursantes en esta dura competición. ¿Por qué lanzadores pesados y no otros más ligeros? Es como lo que ocurre en el transporte marítimo: cuanto mayor sea el buque de contenedores, más contenedores transportará, lo que significa bajar la factura total. Con ellos pasa lo mismo, con el Ariane 5 especializándose en envíos duales a órbitas de transferencia geoestacionaria.

El 24 de enero del 2018, el suelo en Cabo Cañaveral tembló. No, no fue por un terremoto, sino por la prueba de motores de la bestia de SpaceX, el Falcon Heavy. Esta joven y determinada compañía ha recorrido un camino muy largo en muy poco tiempo desde su fundación allá por el 2002. La base del Falcon Heavy es el exitoso Falcon 9, un lanzador ya muy capaz de situar en órbita baja terrestre hasta casi veintitrés toneladas de carga. Su hermano mayor es, en esencia una versión aumentada, incorporando a su etapa núcleo otras dos, actuando como aceleradores laterales, en una configuración semejante a la del Delta IV-Heavy, pero mucho más potente. Por supuesto, lo que parecía fácil distó de serlo, pero este lanzador, el segundo actual por potencia en servicio, tras el SLS, puede situar hasta 63.8 toneladas en órbita baja, y en órbita de transferencia geoestacionaria casi veintisiete, o casi diecisiete camino de Marte, y tres y media en dirección a Plutón. ¿Cómo lo consigue? Con los tres núcleos, junta un total de veintisiete motores Merlin 1D, generando no sólo temblores de tierra, también un gran empuje. Por ello, no sólo ha sido seleccionado para enviar la misión Europa Clipper a Júpiter, sino para mandar a la Luna los dos primeros elementos de la estación espacial Gateway, en un único lanzamiento. Y todo, usando RP-1 y oxígeno líquido en todas sus etapas.

Para el futuro inmediato, o cercano, pronto llegarán nuevas generaciones de lanzadores pesados, como el Ariane 6, el Vulcan-Centaur, el New Glenn, la familia rusa Angara o el japonés H3, todos con prestaciones comparables, de entre diez y cuarenta y cinco toneladas a órbita baja terrestre. Pero hay uno que se sale de la liga.

China tiene un ambicioso programa lunar, y todos los pasos que está dando para la exploración selenita les llevará a situar taikonautas en su superficie. Y, por supuesto, necesita para ello un lanzador con potencia. Su solución: el CZ-9. Sus características no están definidas al cien por cien, pero promete ser una verdadera bestia, con hasta veintiséis motores en su primera etapa, usando metano y oxígeno líquido en su primera etapa (criogénicos en el resto), ciento once metros de altura, y capacidad en órbita baja de hasta 150.000 kg, de carga útil, y cincuenta hacia la Luna. ¿Para cuándo volará? Si los plazos se cumplen, para antes de finales de la década.

Y no podemos cerrar esta entrada sin mencionar la rara avis de los lanzadores: Starship. Pensada, al principio, como una extravagancia del fundador de SpaceX, está en vías de ser una realidad. Starship fue pensada, al principio, como una nave de colonización, plenamente reutilizable, y ahora se usará como lander tripulado para las futuras misiones Artemis. Su colosal primera etapa, de hasta setenta

metros de alto y nueve de diámetro, cuenta con hasta treinta y tres motores llamados Raptor agrupados en tres anillos de tres, diez y veinte unidades. Usará oxígeno y metano líquido como combustible, proporcionando, en seco, el doble de potencia que el Saturn V. En cuanto a la segunda etapa, o la propia Starship, sólo usará seis. Con un volumen interno total de mil metros cúbicos, podrá situar en órbita cargas de hasta ciento cincuenta toneladas.

Ya veis, cuanto mayores, mejor. Aunque, visto lo visto, nos estamos pasando un poquito. Hay demasiada competición. ¿Qué tal si colaboramos todos? Es sólo un deseo.