Lanzada la quinta misión del transbordador militar X-37B (Falcon 9 v1.2)
por Daniel Marín

 

 

 

La empresa SpaceX lanzó hoy día 7 de septiembre de 2017 a las 14:00 UTC un cohete Falcon 9 v1.2 (F9-42) desde la rampa 39A del Centro Espacial Kennedy (Florida) con el transbordador militar no tripulado X-37B. Se trata de la quinta misión del X-37B, de ahí que haya sido denominada OTV-5 (Orbital Test Vehicle 5). Este ha sido el 55º lanzamiento orbital de 2017 y 50º exitoso. Es el 13º despegue de un Falcon 9 en lo que va de año (el décimo lanzado desde Florida), además de ser el 41º lanzamiento de un Falcon 9 en su historia y el 21º de la versión v1.2. Tras este lanzamiento SpaceX ha recuperado un total de 14 etapas en 16 veces distintas (dos de ellas ya han volado dos veces). 

 

 

Lanzamiento del OTV-5 (SpaceX).

Ha sido el séptimo aterrizaje de una etapa tierra firme (el resto lo ha hecho en barcazas situadas en el océano). La órbita del X-37B es secreta, al menos hasta que los aficionados la determinen, aunque se especula que su inclinación podría tener entre 40º y 60º. La primera etapa B1040, del tipo Block 4, aterrizó 8 minutos y 15 segundos después en la plataforma LZ-1 de la Base Aérea de Cabo Cañaveral. La segunda etapa realizó encendido de control para llevar a cabo una reentrada controlada al suroeste de Australia. 

 

 

Aterrizaje de la primera etapa (SpaceX).

X-37B OTV-5

El X-37B es un transbordador reutilizable no tripulado construido por Boeing Space and Intelligence Systems para la fuerza aérea de los EE UU (USAF) capaz de permanecer dos años en el espacio. Es el único vehículo espacial reutilizable en servicio en el mundo. Tiene una masa aproximada de 5500 kg y unas dimensiones de 8,9 x 2,9 metros, con una envergadura alar de 4,5 metros. Se cree que lleva un panel solar desplegable de arseniuro de galio en la bodega de carga y usa un motor principal a base de combustibles hipergólicos. El escudo térmico del X-37B está formado por losetas y mantas térmicas muy similares a los del shuttle, aunque para las zonas de mayor estrés térmico se han usado losetas de TUFROC (Unipiece Fibrous Reinforced Oxidation Resistant Composite) desarrolladas por el centro Ames de la NASA en vez de losetas de carbono-carbono. La misión exacta del X-37B y buena parte de sus características técnicas son secretas. 

 

 

El X-37B tras su cuarta misión mientras los técnicos lo inspeccionan y proceden a vaciar los tanques de combustible (USAF).

Existen al menos dos unidades del X-37B en servicio con denominaciones internas desconocidas. La primera unidad se usó para llevar a cabo las misiones OTV-1 y OTV-3, mientras que el segundo ejemplar se empleó en la OTV-2. La USAF no ha confirmado qué vehículo ha sido el elegido para el resto de misiones, aunque se cree que este podría ser el tercer vuelo de la primera unidad. El programa X-37 fue iniciado por la NASA en 1999 para desarrollar tecnologías relacionadas con los vehículos reutilizables. Boeing ganó un contrato de 173 millones de dólares para diseñar el pequeño transbordador, también conocido como Future-X Pathfinder o ReFly SMV. Además, en el periodo 1998-2001 también se llevaron a cabo diversas pruebas aerodinámicas del X-40A, una versión a escala del X-37, por parte de los Air Force Research Labs. El X-37 debía haber volado en la bodega de carga del transbordador espacial, pero tras el desastre del Columbia en 2003 se decidió lanzarlo mediante un cohete Delta II sin usar una cofia protectora. Inicialmente estaba previsto que usase un motor principal AR-2/3 a base de peróxido de hidrógeno y queroseno. 

 

 

El X-37B (Giuseppe De Chiara).

A raíz de una sorprendente decisión, en 2004 el programa pasó a estar a cargo de la agencia militar DARPA y su objetivo sería a partir de entonces llevar a cabo misiones clasificadas. En abril de 2006 la DARPA realizó pruebas atmosféricas de un prototipo del X-37 denominado ALTV (Approach and Landing Test Vehicle) en la Base de Edwards con el famoso avión WhiteKnightOne (usado para lanzar el avión suborbital SpaceShipOne). Ese mismo año el proyecto pasó a ser controlado por la USAF, la cual anunció que emplearía un Atlas V para las misiones del X-37B y que este volaría dentro de una cofia protectora. El X-37B sería finalmente construido por la división Phantom Works de Boeing. En sus cuatro primeras misiones el X-37B ha aterrizado en la pista del transbordador espacial del Centro Espacial Kennedy de Florida. 

 

 

El OTV-4 tras el aterrizaje (USAF).

Durante las primeras tres misiones la inclinación de la órbita fue de 40º a 43,5º, pero en la OTV-4 la órbita inicial fue de 320 x 355 kilómetros de altura y 38º de inclinación, aunque luego cambió a 305 x 320 kilómetros y, por último, a 355 x 360 kilómetros. A diferencia de estas misiones, la OTV-4 se cree que estará situada en una órbita de entre 40º y 60º de inclinación.

Misiones del X-37B: 

• OTV-1 (USA-212): fue lanzada el 20 de abril de 2010 mediante un Atlas V 501 y tuvo una duración de 224 días.
• OTV-2 (USA-226): fue lanzada el 5 de marzo de 2011 por un Atlas V 501 y estuvo en órbita durante 469 días.
• OTV-3 (USA-240): fue lanzada el 11 de diciembre de 2012 con un Atlas V 501 y se prolongó durante 675 días.
• OTV-4 (USA-261): fue lanzada el 20 de marzo de 2015 por un Atlas V 501 y estuvo en órbita durante 718 días.
• OTV-5: lanzada el 7 de septiembre de 2017 mediante un Falcon 9 v1.2.

 

 

Emblema de la misión (SpaceX).

Falcon 9 v1.2

El Falcon 9 v1.2 —también denominado Falcon 9 FT (Full Thrust)— es un lanzador de dos etapas que quema queroseno (RP-1) y oxígeno líquido (LOX) en todas sus etapas. Es capaz de situar un máximo de 22,8 toneladas en órbita baja (LEO) u 8,3 toneladas en órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) lanzado desde Cabo Cañaveral. Posee una primera etapa reutilizable dotada de un tren de aterrizaje desplegable (en aquellas misiones en las que se intenta la recuperación). Tiene una masa al lanzamiento de 541,3 toneladas, un diámetro de 3,66 metros y una altura de 69,799 metros (65 metros en misiones de la Dragon sin cofia), 1,52 metros superior al Falcon 9 v1.1. En las misiones en las que se recupera la primera etapa el Falcon 9 v1.2 puede poner 13,15 toneladas en órbita baja (LEO) o 5,5 toneladas en una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) lanzado desde Cabo Cañaveral. SpaceX planea introducir una versión mejorada denominada v1.5 (Block V) con motores hasta un 10% más potentes para alcanzar la máxima capacidad de carga anunciada y un empuje al lanzamiento de 7607 kN. 

 

 

Falcon 9 v.12 o FT (SpaceX).

La primera etapa del Falcon 9 v1.2 tiene 42 metros de longitud y 3,66 metros de diámetro, con una masa total de unas 410 toneladas. Posee nueve motores Merlin 1D mejorados (Merlin 1D+ o Merlin 1D FT) capaces de generar un empuje un 15% superior al de la versión Falcon 9 v1.1. Los motores son de ciclo abierto y generan un empuje conjunto de 6804 kN al nivel del mar —es decir, 756 kN (77,1 toneladas) por cada motor— o 7425 kN en el vacío —825 kN (84,1 toneladas) por motor—. En un futuro próximo se espera que cada motor sea capaz de proporcionar hasta 914 kN de empuje, lo que permitirá aumentar la capacidad de carga máxima en órbita baja hasta las 22,8 toneladas y 8,3 toneladas en GTO. La primera etapa del F9 v1.2 genera un empuje al lanzamiento de 694 toneladas, comparado con las 600 toneladas de la versión v1.1. La masa de propergoles que lleva la primera etapa es secreto, pero en el caso de la versión v1.1 se estima en 396 toneladas. 

 

Cohete Falcon 9 con la CRS-11 en la rampa 39A (SpaceX).

Los nueve motores Merlin están dispuestos en una configuración octogonal denominada Octaweb, con un motor situado en el centro (el Falcon 9 v1.0 llevaba los nueve Merlin 1C en una matriz rectangular de 3 x 3). Con la configuración Octaweb se minimizan los riesgos en caso de explosión de un motor. Los motores Merlin 1D tienen capacidad para soportar varios encendidos, lo que permite probarlos en la rampa antes de cada lanzamiento (una práctica única en el mundo) y permitir la recuperación de la primera etapa. 

 

 

Nueve motores Merlin 1D en configuración octaweb (SpaceX).

El Falcon 9 puede perder un motor durante el lanzamiento y aún así completar su misión, siendo el único cohete en servicio con esta capacidad. Los nueve motores Merlin funcionan durante unos 160 segundos. La primera etapa, con una altura equivalente a un edificio de 14 pisos, se separa a una velocidad de 6000-8000 km/h y a una altura de 65-75 kilómetros mediante cuatro dispositivos neumáticos. A continuación la primera etapa realiza una serie de maniobras evasivas para evitar ser dañada por el escape de la segunda etapa. La etapa sigue ascendiendo durante un tiempo en una trayectoria balística antes de volver a descender, alcanzando un apogeo superior a los 100 kilómetros. Tras la separación, la etapa gira 180º usando impulsores de nitrógeno gaseoso y tres motores Merlin se encienden durante unos 20-30 segundos para frenar el descenso. En la etapa final del aterrizaje el motor central del Octaweb se enciende a un kilómetro de altura aproximadamente para garantizar un descenso seguro. 

 

Secuencia de recuperación de la primera etapa y aterrizaje en la barcaza ASDS (SpaceX).

Maniobra de aterrizaje de la primera etapa en Cabo Cañaveral (SpaceX).

En el caso de misiones con poco margen de combustible la barcaza se sitúa a mayor distancia de la costa y se usan tres motores que realizan el encendido final a menos de un kilómetro de altura para reducir el gasto de combustible por las pérdidas gravitatorias. Un sistema de propulsión a base de nitrógeno gaseoso controla la posición de la primera etapa, ayudado por debajo de los 70 kilómetros de altura por cuatro rejillas aerodinámicas de aluminio (de titanio a partir de la versión Block 4). La primera etapa puede aterrizar en la rampa LZ-1 (Landing Zone 1) de Cabo Cañaveral —antiguo complejo de lanzamiento LC-31— o sobre dos barcazas ASDS (Autonomous Spaceport Drone Ship) dotadas de sistemas de propulsión propio y con un control específico para reducir el vaivén debido al oleaje que se denominan Just read the instructions y Of course I still love you. Han sido bautizadas así en honor de naves espaciales que aparecen en la serie de novelas de La Cultura de Iain M. Banks. 

 

 

Zona de aterrizaje LZ-1 en Florida (Reddit.com).

Situación de la rampa LZ-1 y la rampa 39A (Reddit.com).

La segunda etapa tiene 13 metros de longitud y dispone de un único motor Merlin 1D adaptado al vacío denominado Merlin 1D Vacuum (MVac+ o Merlin 1DVac FT) con un empuje de 934 kN (801 kN en la versión v1.1). Funciona durante 397 segundos y su masa total es de 80-90 toneladas. Se estima que la segunda etapa del v1.1 transportaba 93 toneladas de combustible. La segunda etapa del F9 v1.2 tiene un 10% más de capacidad en cuanto a combustible, por lo que debe llevar unas 102 toneladas de propergoles. La cofia mide 13,1 metros de largo y 5,2 metros de diámetro y está fabricada en fibra de vidrio. La sección de unión entre las dos etapas está hecha de fibra de carbono unidas a un núcleo de aluminio.

El fuselaje está fabricado en una aleación de aluminio-litio, mientras que la cofia y la estructura entre las dos fases están hechas de fibra de carbono. Todos los elementos importantes del cohete han sido fabricados en EEUU por SpaceX. El sistema de separación de etapas y la cofia es neumático y no usa dispositivos pirotécnicos, práctica habitual en la mayoría de lanzadores. De esta forma se reducen las vibraciones en la estructura y, de acuerdo con SpaceX, se logra una mayor fiabilidad. El Falcon 9 puede ser lanzado desde la rampa SLC-40 de de Cabo Cañaveral (Florida), la rampa 39A del vecino Centro Espacial Kennedy o desde la SLC-4E de la Base de Vandenberg (California). En el futuro también despegará desde Boca Chica (Texas). El nombre del lanzador viene de la famosa nave Halcón Milenario (Millennium Falcon) de las películas de Star Wars. 

 

 

Motores Merlin 1D (SpaceX).

Distintas versiones del Falcon 9 (FAA).

Falcon 9 y Falcon Heavy (SpaceX).

Integración de la carga útil en la cofia (SpaceX).

Intentos de recuperación de la primera etapa del Falcon 9 

• 29 de septiembre de 2013: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Vandenberg con el satélite canadiense Cassiope. El intento de aterrizaje suave fue un fracaso y la etapa, que no llevaba patas, resultó destruida al contacto con el océano.
• 18 de abril de 2014: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Cabo Cañaveral con la Dragon SpX-3. La primera etapa aterrizó suavemente sobre el océano antes de hundirse. No fue recuperada.
• 14 de julio de 2014: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Cabo Cañaveral con seis satélites Orbcomm OG2. La primera etapa aterrizó suavemente sobre el océano antes de hundirse. No fue recuperada.
• 21 de septiembre de 2014: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Cabo Cañaveral con la Dragon SpX-4. La primera etapa, en esta ocasión sin patas, aterrizó suavemente sobre el océano antes de hundirse. No fue recuperada.
• 10 de enero de 2015: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Cabo Cañaveral con la Dragon SpX-5. La primera etapa resultó destruida al intentar aterrizar sobre la barcaza Just read the instructions por un fallo del sistema hidráulico que controla las aletas superiores.
• 11 de febrero de 2015: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Cabo Cañaveral con el satélite de la NASA DSCOVR. La primera etapa amerizó suavemente en el océano y se hundió. No fue recuperada.
• 14 de abril de 2015: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Cabo Cañaveral con la Dragon SpX-6. La primera etapa resultó destruida tras caer de lado sobre la barcaza Just read the instructions.
• 28 de junio de 2015: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Cabo Cañaveral con la Dragon SpX-7. El lanzador resultó destruido durante el lanzamiento y no se pudo intentar la recuperación en la barcaza Of course I still Love You.
• 21 de diciembre de 2015: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con once satélites Orbcomm OG-2. Primera recuperación exitosa de una primera etapa (B1019). El aterrizaje se produjo en tierra firme sobre la rampa LZ-1 de Cabo Cañaveral. La separación tuvo lugar a 75 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 6000 km/h.
• 17 de enero de 2016: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Vandenberg con el satélite Jason 3. La etapa se destruyó al caer de lado sobre la barcaza Just read the instructions. La separación tuvo lugar a 67 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 6200 km/h.
• 4 de marzo de 2016: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con el satélite SES 9. La primera etapa (B1020) se estrelló contra la barcaza Of course I still Love You. La separación tuvo lugar a 65 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 8300 km/h. Fue el primer intento de recuperación de una primera etapa que se separó a alta velocidad y la primera vez que se realizó un encendido final con tres motores.
• 8 de abril de 2016: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con la nave Dragon CRS/SpX-8. La primera etapa (B1021) aterrizó con éxito en la barcaza Of course I still Love You. La separación tuvo lugar a 69 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 6700 km/h.
• 6 de mayo de 2016: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con el satélite JCSat-14. La primera etapa (B1022) aterrizó con éxito en la barcaza Of course I still Love You. La separación tuvo lugar a 67 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 8300 km/h.
• 27 de mayo de 2016: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con el satélite Thaicomm 8. La primera etapa (B1023) aterrizó con éxito en la barcaza Of course I still Love You. La separación tuvo lugar a 70 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 8300 km/h.
• 15 de junio de 2016: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con los satélites ABS 2A y Eutelsat 117 West B. La primera etapa (B1024) se estrelló contra la barcaza Of course I still Love You al no encenderse uno de los tres motores durante la fase final de aterrizaje. La separación tuvo lugar a 72 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 8300 km/h.
• 18 de julio de 2016: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con la nave Dragon CRS-9/SpX-9. La primera etapa (B1025) aterrizó con éxito en la rampa LZ-1 de Cabo Cañaveral usando un único motor. La separación tuvo lugar a 66 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 5600 km/h. Fue la segunda ocasión que aterrizó una etapa en tierra firme.
• 14 de agosto de 2016: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con el satélite JCSat 16. La primera etapa (B1026) aterrizó con éxito en la barcaza barcaza Of course I still Love You. El encendido de frenado inicial duró 23 segundos y el encendido final empleó un único motor. La separación tuvo lugar a 66,3 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 8140 km/h. Fue el cuarto aterrizaje con éxito sobre una barcaza y la sexta recuperación de una etapa.
• 14 de enero de 2017: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde la Base de Vandenberg con diez satélites Iridium NEXT. La primera etapa (B1029) aterrizó con éxito sobre Just read the instructions. La separación de la primera etapa tuvo lugar a 6900 km/h y 70 km de altura. Fue el quinto aterrizaje con éxito sobre una barcaza, la séptima recuperación de una etapa y la primera en un lanzamiento desde la costa oeste.
• 19 de febrero de 2017: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde la rampa 39A del Centro Espacial Kennedy con la Dragon CRS-10 (SpX-10). La primera etapa (B1031) aterrizó en la plataforma LZ-1 de Cabo Cañaveral usando el motor central. La separación de la primera etapa tuvo lugar a 5880 km/h y 72 km de altura. Fue el tercer aterrizaje en tierra firme, la octava recuperación de una etapa y la primera en un lanzamiento desde la rampa 39A.
• 30 de marzo de 2017: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde la rampa 39A del Centro Espacial Kennedy con el satélite SES 10. La primera etapa (B1021.2) aterrizó en la barcaza Of course I still Love You. Fue la primera reutilización de una etapa ya usada, la novena recuperación de una etapa en general, la sexta sobre una barcaza y la segunda en un lanzamiento desde la rampa 39A. La separación de la primera etapa tuvo lugar a 8200 km/h y 66 kilómetros de altura.
• 1 de mayo de 2017: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde la rampa 39A del Centro Espacial Kennedy con el satélite militar NROL-76. La primera etapa (B1032) aterrizó en tierra en la plataforma LZ-1. Fue la décima recuperación de una etapa y el cuarto aterrizaje en tierra firme. La separación de la primera etapa tuvo lugar a 5950 km/h y 75 kilómetros de altura.
• 1 de junio de 2017: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde la rampa 39A del Centro Espacial Kennedy con la nave de carga SpX-11/CRS-11. La primera etapa (B1035) aterrizó en tierra en la plataforma LZ-1. Fue la 11ª recuperación de una etapa y el quinto aterrizaje en tierra firme. La separación de la primera etapa tuvo lugar a 6030 km/h y 64 kilómetros de altura.
• 23 de junio de 2017: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde la rampa 39A del Centro Espacial Kennedy con el satélite BulgariaSat 1. La primera etapa (B1029.2) aterrizó en la barcaza Of course I still Love You tras un encendido final de tres motores. Fue la 12ª recuperación de una etapa y el séptimo aterrizaje en alta mar, además de ser la segunda misión en la que se reutilizó una primera etapa. La separación de la primera etapa tuvo lugar a 8500 km/h y 68 kilómetros de altura.
• 25 de junio de 2017: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde la rampa SLC-4E de la Base de Vandenberg con diez satélites Iridium NEXT. La primera etapa (B1036) aterrizó con éxito en la barcaza Just read the instructions. Fue la 13ª recuperación de una etapa y el octavo aterrizaje en alta mar.
• 14 de agosto de 2017: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde la rampa 39A del Centro Espacial Kennedy con la nave Dragon SpX-12/CRS-12. La primera etapa (B1039) aterrizó con éxito en tierra en la plataforma LZ-1 de Cabo Cañaveral. Fue la 14ª recuperación de una etapa y el sexto aterrizaje en tierra firme. La separación de la primera etapa tuvo lugar a 5800 km/h y 66 kilómetros de altura.
• 24 de agosto de 2017: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde la Base de Vandenberg con el Formosat 5. La primera etapa (B1038) aterrizó con éxito sobre Just read the instructions usando el motor central. La separación de la primera etapa tuvo lugar a 6700 km/h y 91 km de altura. Fue la 15ª recuperación de una etapa y el noveno aterrizaje en una barcaza en alta mar.
• 7 de septiembre de 2017: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde la rampa 39A del Centro Espacial Kennedy con el X-37B. La primera etapa (B1040) aterrizó con éxito en tierra en la plataforma LZ-1 de Cabo Cañaveral. Fue la 16ª recuperación de una etapa y el séptimo aterrizaje en tierra firme. La separación de la primera etapa tuvo lugar a 5900 km/h y 69 kilómetros de altura.

Fases del lanzamiento de la misión X-37B: 

• T-60 min: carga del queroseno (RP-1).
• T-35 min: carga de oxígeno líquido.
• T-7 min: enfriado de los motores previo al lanzamiento.
• T-7 min: el Falcon 9 pasa a potencia interna.
• T-1 min: el ordenador comprueba los sistemas y se presurizan los tanques de propelentes.
• T-45 s: el director de lanzamiento autoriza el despegue.
• T-3 s: ignición de los 9 motores Merlin.
• T-0 s: despegue.
• T+1 min 19 s: el cohete pasa por la zona de máxima presión dinámica (Max Q).
• T+2 min 23 s: apagado de la primera etapa (MECO).
• T+2 min 26 s: separación de la primera etapa.
• T+2 min 34 s: encendido de la segunda etapa.
• T+2 min 39 s: primer encendido de la primera etapa.
• T+6 min 34 s: encendido de entrada de la primera etapa.
• T+10 min 47 s: aterrizaje de la primera etapa.

La cofia con la carga útil llega al hangar para la integración con el lanzador: 

 

El cohete en la rampa:

 

Lanzamiento: 

 

Recuperación de la primera etapa: 

Fuente:  danielmarin.naukas.com