El Falcon Heavy y los otros cohetes semigigantes

por Daniel Marín

Con una capacidad teórica de 64 toneladas en órbita baja, el Falcon Heavy de SpaceX es el cohete más potente en servicio. Pero, como todos sabemos, no es ni mucho menos el más grande o potente que haya existido. Los desaparecidos lanzadores Saturno V, N1 y Energía superaron ampliamente al vector de SpaceX, al igual que lo harán el futuro SLS de la NASA y el BFR de la propia SpaceX. Lo interesante del caso es el rango de prestaciones en las que se mueve el Falcon Heavy. Hasta el debut del nuevo lanzador de SpaceX los cohetes con más capacidad de carga podían lanzar entre 20 y 30 toneladas a órbita baja. La diferencia entre las 25 toneladas de capacidad de un Ariane 5 o un Larga Marcha CZ-5 y las 120 toneladas de un Saturno V es enorme. ¿Por qué no han existido más cohetes semigigantes en este rango del «desierto de cargas útiles» de los lanzadores espaciales?

El Energía-M en la rampa de lanzamiento en 1991. Hubiera podido lanzar 35 toneladas en LEO.

La razón principal es que el Saturno V y el N1 fueron concebidos como lanzadores pesados para poder llevar a cabo una misión tripulada a la Luna (en realidad el N1 nació con el objetivo de situar humanos en Marte), mientras que el Energía debía lanzar los transbordadores del programa Burán y otras cargas útiles muy pesadas. Por contra, los cohetes actuales obedecen la ley de la oferta y la demanda; y el mercado dicta que no es necesario un cohete con una capacidad de más de 20-30 toneladas en órbita baja. Básicamente porque las cargas útiles más pesadas son satélites geoestacionarios de gran tamaño y los grandes satélites militares del Pentágono, ninguna de las cuales es tan pesada. El programa tripulado no es prioritario y debe adaptarse a los requisitos impuestos por el mercado (el SLS, el BFR y otros proyectos de lanzadores gigantes, como el STK ruso o el CZ-9 chino, son excepciones a esta regla).

Por tanto, la falta de proyectos tripulados ambiciosos y el escaso interés que han suscitado los grandes satélites de comunicaciones geoestacionarios son las principales causas que explican la ausencia de cohetes con una capacidad de carga entre las 30 y las 100 toneladas. De hecho, el Falcon Heavy no aprovechará su máxima capacidad de carga en la mayoría —¿todas?— de sus misiones. Ha sido desarrollado para permitir a SpaceX lanzar los satélites más pesados que existen y, a pesar de ello, poder recuperar los tres bloques de la primera etapa, algo que no puede hacer el Falcon 9. Proyectos de cohetes gigantes han existido muchos (Saturno C-8, Nova, UR-700, UR-900, RLA, Grozá, Vulkan, Nexus/Rombus, Sea Dragon, etc.), pero propuestas de cohetes semigigantes han existido muchas menos.

Una de las versiones del Shuttle-C (aerospaceprojectsreview.com).

Quizás el más famoso de estos lanzadores semigigantes sea el Shuttle-C, la variante no tripulada para transporte de carga del transbordador espacial. El transbordador solo podía situar en órbita baja unas 27 toneladas en órbita baja (LEO), aunque por motivos de seguridad después del accidente del Challenger esta cifra no podía superar las 20-25 toneladas, dependiendo de la misión (la carga útil más pesada lanzada por el shuttle fue el telescopio de rayos X Chandra y su etapa superior, con una masa cercana a las 25 toneladas). A pesar de esta capacidad relativamente baja, el shuttle era un sistema de lanzamiento tremendamente potente con unas prestaciones teóricas que rozaban la capacidad de colocar 100 toneladas en órbita. Lo que pasaba es que la mayor parte de esa capacidad se «malgastaba» en lanzar el propio transbordador.

Otra variante del Shuttle-C (NASA).

Por este motivo desde el primer vuelo del transbordador en 1981 hubo varios intentos de crear una versión de carga no tripulada y desechable. Eliminando las alas y la cabina del transbordador se podía aumentar la capacidad de carga significativamente. Bajo el nombre de Shuttle-C se esconden muchos proyectos parecidos, pero no idénticos, investigados entre 1984 y 1995. Dependiendo del diseño la capacidad de carga iba desde las 45 hasta las 80 toneladas. En 2004 se volvió a estudiar la posibilidad de crear un lanzador pesado basado en el transbordador con una capacidad de unas 120 toneladas, o sea, en el rango de los cohetes gigantes. Ninguna de estas propuestas vio la luz, principalmente por falta de cargas útiles disponibles. Tampoco salió adelante el SRB-X, un lanzador basado en los SRB del shuttle con capacidad de entre 20 y 30 toneladas, al igual que las versiones pesadas del lanzador Titan de la USAF, como el Barbarian MM (45 toneladas en LEO).

Rara versión del Shuttle-C con la carga situada en la parte superior del tanque externo (NASA).

Barbarian, una versión del Titán con tres aceleradores de combustible sólido.

En Europa el concepto de lanzador semigigante no ha tenido mucho recorrido, aunque en 1991 el CNES francés llevó a cabo un estudio sobre una versión pesada del Ariane 5 denominado ASL (Ariane Super Lourd, «Ariane súper pesado»), con una capacidad de 35 toneladas en órbita baja y una masa de 1.900 toneladas al lanzamiento. Para ello el ASL hubiera tenido cuatro aceleradores de combustible sólido EAP en vez de los dos del Ariane 5. Aunque el Ariane 5 fue diseñado para poder llevar a la nave tripulada Hermes, para el estudio del ASL se usó como referencia la nave CSM Apolo, de 35 toneladas. Además del ASL se analizaron de pasada otras versiones aún más pesadas. La más grande disponía de etapas más voluminosas y cuatro aceleradores SRB del transbordador además de dos EAP del Ariane (!). Este monstruo podría alcanzar las 140 toneladas en órbita baja. El ASL desapareció de la historia casi inmediatamente, algo normal teniendo en cuenta que Europa no tenía necesidad de un lanzador tan grande y, de hecho, tras la cancelación del Hermes muchos consideraban que el Ariane 5 ya era inmenso. En 2005 la ESA llevó a cabo otro estudio de lanzadores pesados que también contempló el uso de un Ariane 5 con cuatro aceleradores y etapas agrandadas para lograr una capacidad de 80 toneladas en LEO.

ASL, el Ariane 5 pesado con cuatro aceleradores EAP de 1991 (CNES).

Pero quizás ha sido en la antigua Unión Soviética y en Rusia donde más lanzadores semigigantes se han propuesto, aunque ninguno ha visto la luz. De entre todos ellos el Energía-M fue el que estuvo más cerca de hacerse realidad. Una vez desaparecida la Unión Soviética era evidente que el vector gigante Energía era excesivamente grande para las necesidades de la nueva Rusia. El Energía-M usaba dos aceleradores con motores RD-170 de kerolox en vez de los cuatro de su hermano mayor y un único motor criogénico RD-0120 frente a los cuatro del Energía normal. En su versión más básica el Energía-M podía situar 35 toneladas en órbita baja, aunque su diseño era fácilmente escalable hasta llegar a las 55 toneladas o más (usando dos o tres motores RD-0120 y una etapa superior más potente). Lamentablemente el Energía-M apareció demasiado pronto, antes de que se pusieran de moda los comsats geoestacionarios pesados. A día de hoy quizás hubiera tenido alguna oportunidad, aunque los costes de mantenimiento de la infraestructura asociada seguramente habrían sido prohibitivos. El fracaso del Energía-M se tradujo en la desaparición de la industria rusa de motores criogénicos potentes. En 1990 se llegó a construir un modelo a tamaño real del Energía-M que fue trasladado a la rampa de lanzamiento del Área 250 de Baikonur. Hoy en día se pudre en un edificio abandonado del cosmódromo.

Energía (izquierda) y Energía-M.

En realidad el Energía-M fue la versión que llegó más lejos de la nueva familia de lanzadores criogénicos Deytrón propuestos por NPO Energía entre 1989 y 1991. Estos lanzadores tenían una capacidad de carga de entre 30 y 55 toneladas en LEO. Precisamente por esa misma época surgieron propuestas de la oficina KB Yuzhnoe ucraniana para crear versiones pesadas del Zenit —que también servían como bloques propulsores laterales del Energía—, siendo la más popular el 11K37, apodado Trizenit. Como su nombre indica, el Trizenit usaba tres primeras etapas del Zenit unidas como primera y segunda fases con el fin de alcanzar una capacidad en órbita baja de 40 toneladas.

Familia de lanzadores soviéticos Deytrón y el Energía-M (www.buran.ru).

Varias versiones del cohete 11K37 Trizenit (Novosti Kosmonavtiki).

En tiempos más recientes hemos visto una multitud de propuestas de lanzadores pesados procedentes de Rusia con capacidad entre 30 y 100 toneladas. Sería muy cansino enumerarlas todas, pero destacan las versiones pesadas del cohete Angará de la empresa Khrúnichev (recordemos que el Angará A5 es capaz de situar unas 25 toneladas en LEO). La más famosa fue el Angará A7, capaz de lanzar entre 40 y 60 toneladas dependiendo de la versión. La última de las versiones pesadas del Angará, el Angará A5V, fue la que estuvo más cerca de ser desarrollada, aunque sería cancelada en 2016. Esta variante hubiera podido lanzar 38 toneladas en LEO.

Angará A5 y dos versiones del A7 (Khrunichev).

El cohete lunar Angará A5V, ya cancelado (Roscosmos).

Actualmente Rusia quiere elaborar un lanzador pesado denominado STK («complejo superpesado» en ruso) basado en el nuevo cohete Soyuz 5 (Féniks), la versión 100% rusa del Zenit. La variante más pequeña del STK usará tres bloques del Soyuz 5 en la primera etapa y podrá lanzar 50 toneladas en LEO. Este lanzador servirá para efectuar misiones tripuladas a la órbita lunar (o a la estación Gateway) con la nave Federatsia en la segunda mitad de la próxima década.

Versiones del lanzador pesado STK basadas en el Soyuz 5 (RKK Energía).

Dejando a un lado el STK, el único lanzador semigigante en desarrollo aparte del Falcon Heavy es el New Glenn de la empresa Blue Origin. Podrá lanzar 45 toneladas en órbita baja y, al igual que el vector de SpaceX, es un lanzador reutilizable. Evidentemente, el otrora desierto de lanzadores semigigantes ha dejado de ser un páramo solitario. Ahora habrá que ver si logran encontrar misiones que justifiquen su existencia a largo plazo.

El Falcon Heay, el New Glenn y el Saturno V (Business Insider).

Fuente: danielmarin.naukas.com