La gran nave de acero de Elon Musk

Parece una estampa sacada de una película de ciencia ficción pulp de los años 50. Pero no, es la última creación de SpaceX tomando forma en las instalaciones de la empresa en Boca Chica, Texas. Se trata del prototipo de la nave Starship, antes conocida como BFS (Big Falcon Ship). El vehículo, por el momento conocido simplemente como hopper —’saltador’—, servirá para practicar los aterrizajes propulsados en vertical, como en su momento los dos grasshopper—’saltamontes’— se usaron para depurar la técnica del aterrizaje de la primera etapa de los Falcon 9. El vehículo llevará para ello tres motores Raptor a base de metano y oxígeno líquido (la Starship de serie llevará siete).

Construyendo una nave de acero en Texas (Elon Musk/SpaceX).

Durante las últimas semanas los espías aficionados que pasan frecuentemente por las instalaciones de SpaceX en Boca Chica se habían percatado de la reciente construcción de un extraño cilindro metálico que parecía un tanque para albergar alguna sustancia. En los últimos días se le colocaron patas y a su lado apareció un cono, por lo que todo el mundo llegó a la conclusión de que debía de tratarse de alguna maqueta o prototipo de una nave espacial. El 24 de diciembre un twit —cómo no— de Elon Musk confirmó que se trataba de un versión de pruebas de la Starship. El diámetro de la nave será de nueve metros, igual que el del Starship, pero su altura será menor. Pero lo sorprendente es que, de acuerdo con el propio Elon, tanto el prototipo como la Starship de serie se construirán con acero inoxidable.

Construyendo el prototipo de la Starship (Teslarati).

Esto supone un cambio radical con respecto a la decisión de SpaceX de construir los tanques de metano y oxígeno líquido usando materiales compuestos basados en fibra de carbono. Estos tanques iban a ser los más grandes de este material jamás construidos para un vehículo espacial. Se ve que, en búsqueda de la sencillez, SpaceX ha decidido unificar los materiales empleados en el fuselaje y en los tanques de propergoles. En los últimos meses se ha discutido hasta la saciedad por parte de expertos y aficionados qué tipo de sistema de protección térmica llevará la Starship. Con unas dimensiones descomunales, la elección de materiales para proteger esta nave no es una decisión baladí. Un escudo de material ablativo implicaría poner serias trabas a la reutilización o, al menos, aumentaría considerablemente el tiempo entre misión y misión (por su naturaleza, los escudos de ablación ‘sudan’ para desprenderse del calor y, por tanto, pierden material en cada uso). Los escudos cerámicos, como el del transbordador espacial, son una pesadilla logística y económica, así como una fuente potencial de problemas letales.

Último diseño hecho público de la Starship (antes BFS) y el Super Heavy (antes BFR) (SpaceX).

La elección de SpaceX ha sido radical (de entrada, este prototipo me recuerda mucho al aspecto que hubiera tenido una nave Orión de pulso nuclear). El acero inoxidable no es un material que se emplee profusamente en la industria aeroespacial para construir el fuselaje de naves y cohetes, principalmente debido a su peso (una famosa excepción fue el misil intercontinental Atlas y la serie de lanzadores espaciales derivados del mismo, construidos en láminas de acero muy fina de tal forma que solo la presión interna de los tanques de propergoles mantenía la integridad estructural del vehículo). Toda la nave estará hecha de acero inoxidable —del tipo 300 Series, para ser más exactos—, tanto el exterior como el interior. Se trata de una decisión no exenta de dificultades técnicas. Porque, obviamente, el fuselaje de acero inoxidable no será capaz de soportar las temperaturas de una reentrada atmosférica orbital, sin importar lo alto que sea el coeficiente sustentación-resistencia de la Starship, así que habrá que refrigerarlo de alguna manera. Musk ha declarado que se empleará el metano líquido para enfriar el fuselaje durante la reentrada (para esta tarea el metano líquido tiene una capacidad calorífica más idónea que el oxígeno líquido). Y, naturalmente, hará falta implementar un sistema seguro y eficaz que distribuya el metano por la parte inferior del fuselaje durante la reentrada, algo que no es precisamente sencillo.

¿Aspecto final de la Starship?

Esto significa también que la Starship deberá llevar más combustible del necesario, pero si hay algo que domina la empresa de Hawthorne es precisamente la gestión de cantidades de combustible adicionales. Por otro lado, la construcción de tanques de propergoles a base de materiales compuestos es una tarea tremendamente compleja, como bien demostró el programa X-33 en los años 90. Es cierto que el X-33 usaba hidrógeno líquido además de oxígeno líquido, una sustancia que requiere temperaturas todavía más bajas, pero es evidente que resulta mucho más sencillo fabricar estos tanques en acero, aunque precisamente el acero no posee buenas propiedades a bajas temperaturas comparado con otros materiales. Pero, si el exterior va a ser de acero, incorporar tanques compuestos es una mala idea porque habría que aislarlos térmicamente de alguna manera, complicando el diseño una vez más. Así que, una vez tomada la decisión de emplear acero en el fuselaje, los materiales compuestos de los tanques tenían que desaparecer.

Como nota aparte, llaman la atención las reacciones de los fanboys de SpaceX al cambio de materiales. En el pasado alabaron el uso de avanzados materiales compuestos como la decisión más lógica y afirmaron que era todo un ejemplo del atrevimiento de SpaceX. Pero ahora que la empresa anuncia que usará acero común y corriente han cambiado de opinión de la noche a la mañana y comentan abiertamente que el acero es el mejor material disponible para prácticamente cualquier aventura espacial. Pero bueno, no nos quejemos, que esto forma parte de lo divertido a la hora de hablar de los planes de SpaceX.

Una vista del cono del prototipo (Teslarati).

Como resultado de esta decisión, el exterior de la Starship tendrá un aspecto metálico brillante tal y como había aparecido en las animaciones CGI de la empresa. El cambio de materiales supone una revisión de diseño radical de la Starship, lo que demuestra que su diseño dista mucho de haber sido concretado. Si a estas alturas todavía no está clara la elección de materiales, es señal de que el proyecto todavía está bastante verde. El diseño de la etapa lanzadora de la Starship, antes denominada BFR (Big Falcon Rocket) y ahora conocida como Super Heavy (SH), también parece haber recibido alguna modificación, aunque se desconocen los detalles precisos. Musk también ha confirmado una variación en el diseño de los motores de methalox Raptor, que usarán una nueva aleación (SX500) capaz de soportar una presión de casi 83 megapascales.

No es la primera vez en la historia de la exploración espacial que se sugiere emplear un escudo térmico metálico refrigerado por el interior. Como bien han recordado muchos aficionados estos días, en los años 70 se propusieron multitud de diseños parecidos, siendo quizás los más famosos los lanzadores Leo o Big Onion de una etapa —SSTO— de Boeing concebidos para poner en órbita estaciones de energía solar (SPS). Estos gigantescos vehículos reutilizables hubieran debido usar un escudo térmico de acero refrigerado por agua desde el interior. La técnica de SpaceX es más parecida a la que se usa con los motores cohete, en los que el combustible —o el oxidante— circula por el exterior de la tobera y la cámara de combustión antes de entrar en esta última.

Lanzador Leo de Boeing de los 70 con escudo térmico de acero refrigerado por agua (Atomic Rockets).

En una primera fase, SpaceX planea llevar a cabo saltos de hasta 500 metros de altura con el prototipo de Starship, para luego continuar con pruebas en las que se alcanzarán hasta cinco kilómetros. Los primeros saltos de este prototipo podrían tener lugar en la primavera de 2019, antes de lo previsto. En su momento la compañía de Musk realizó ocho pruebas de aterrizaje vertical con el Grasshopper, un cohete basado en la primera etapa de un Falcon 9 v1.0. Posteriormente se construyó un segundo Grasshopper, también conocido como Falcon-9R-Dev-1, basado en el Falcon 9 v1.1 que llevó a cabo cinco vuelos y que resultó destruido en el último (un tercer Grasshopper-2 ha sido modificado para ser usado en la prueba de aborto durante el lanzamiento de la nave Dragon 2). El ‘saltador’ de la Starship es un cacharro completamente diferente, pero sigue la tradición de SpaceX de este tipo de vehículos. A la espera de más detalles, lo que no cabe duda es que las pruebas de la Starship van a dar mucho que hablar en los próximos meses.

Fuente: danielmarin.naukas.com