El acceso al espacio es caro. Poner una vehículo o un satélite en órbita requiere de una canrtidad ingente de energía, no hay nada como comparar el tamaño de los cohetes con sus boosters con la carga útil que transportan.
Por eso durante estos últimos años se ha dado tanta importancia a la posibilidad de reutilizar cohetes, y en prácticamente todos los principales países con capacidad espacial hay un programa de desarrollo que trata de seguir los pasos de Space X. Incluso en España, con los Miura de PLD.
Y como no sólo de cogetes vive el humano que intenta lanzar cosas al espacio, cada vez más se intenta recuperar la idea del lanzador en avión. Ha habido muchos intentos e incluso alguno en servicio, como el Lockheed L-1011 Tristar. También en España contamos con otro proyecto similar, el de Celestia Aerospace.
¿Qué ventaja presenta utilizar un avión como primera etapa de un lanzador? Por un lado la fácil escalabilidad —es más sencillo hacer un avión más grande que un cohete más grande—, la disponibilidad —en cuanto aterriza se revisa y se pone en vuelo otra vez—, la facilidad de operación —al operar integrado en el espacio aéreo normalmente, sin permisos especiales—, no necesitar instalaciones especiales —pues operan desde pistas de aeropuerto normales—.
Y algunos, además de todo eso, quieren hacerlo con aeronaves no tripuladas, que permiten perfiles de vuelo más agresivos con vuelos parabólicos con más Gs. Y aquí es donde entra Dawn Aerospace, con un avión cohete que, de momento, es subsónico, aunque persigue un diseño hipersónico, facilitado por no llevar tripulación a bordo.
Dawn utiliza un avión cohete no tripulado. Hasta el momento es un demostrador tecnológico con una capacidad de carga más bien escasa, tan solo cinco kg, aunque la idea es escalar el avión y poder operar con mayor carga útil.
Su perfil de misión sería actuar como primera etapa de un anzamiento, situando su carga útil al borde del espacio a ~100km de altura, desde donde esta carga podría comenzar su misión o lanzar una segunda etapa, para alcanzar cotas más altas. La velocidad hipersónica y el perfil parabólico de vuelo permitiría, a su vez, reducir el tamaño de esta segunda etapa. Aunque, en estos momentos, la capacidad de carga del avión de Dawn es testimonial: 5kg y 3U, donde U indica la unidad básica de los nanosatélites y es igual s un cubo de diez centímetros de lado.
Reino Unido hizo público hace unos años que apoyaría económicamente al sector espacial, para crear un entorno propio de lanzadores de distintos tamaños. Así se anunció la creación de un centro espacial en las Shetland, y se ha apoyado a otras industrias con otros medios alternativos.
Astraius es una de esas empresas, y pretende utilizar el ya conocido método de lanzar cohetes desde aeronaves para minimizar el tiempo necesario para cada lanzamiento y entre lanzamientos, poder lanzar desde casi cualquier parte del mundo que el cliente requiera y ventajas similares a las que nos explicó Daniel Ventura, de Celestia Aerospace, en su día. La empresa se lanzó en 2021 y desde entonces ha estado trabajando con inversores y socios para desarrollar y poner a punto su lanzador.
En su caso, pretenden utilizar como base Prestwick para lanzar satélites de órbita baja desde aviones C-17. El C-17 fue fabricado por Boeing y McDonnell Douglas, y se construyeron más de 270 antes de que terminara la producción en 2015. Actualmente están en servicio con varios operadores militares de todo el mundo, incluidas la USAF y la RAF.
El trabajo de infraestructura está en curso para garantizar que Prestwick Spaceport pueda gestionar los lanzamientos, esto incluye el almacenamiento de combustible y la protección contra explosiones.
Astraius se ha asociado con el especialista estadounidense Spirit AeroSystems para trabajar en componentes y procesos del sistema. Además de con Spirit AeroSystems, Astraius está colaborando con Northrop Grumman, que suministrará motores de primera y segunda etapa para impulsar el cohete una vez que se haya liberado del C-17, mientras que Exquadrum fabricará el motor de tercera etapa que guía al cohete con precisión a la órbita correcta.
El lanzamiento horizontal desde aviones
El lanzamiento horizontal desde aviones, en lugar del lanzamiento desde tierra, está más probado de lo que muchos creen. Permite hacer el cohete de lanzamiento más pequeño, desde el momento que no se lanza desde el suelo, y que su velocidad inicial no es cero, o flexibilidar el punto de lanzamiento, así como buscar las mejores ventanas para el mismo. El Pegasus lanzado desde un L1011, es uno de los ya desaparecidos lanzadores que llegaron a funcionar de forma comercial. El S-3 duerme el sueño de los justos, mientras que no se sabe qué pasará con el Stratolaunch. También se pensó en hacer desde cazas, como desde el F-15, y estamos pendientes de lo que pase con Celestia Aerospace.
El primer intento de poner en órbita un satélite utilizando un cohete lanzado desde el aire ocurrió en 1958, con el NOTS-EV1 Pilot (conocido como NOTSNIK) lanzado desde un F4D Skyray de la US Navy.
Uno de los primeros vehículos de lanzamientos comerciales pequeños fue precisamente el Lockheed Martin L1011 y el lanzador Pegasus, de Orbital Sciences Corporation, que con un motor de combustible sólido de tres etapas era capaz de colocar hasta 443 kg en órbita terrestre baja (LEO). Pegasus voló por primera vez en 1990. Demostró las ventajas del lanzamiento aéreo, con su L1011 renombrado Stargazer, utilizando variedad de pistas de todo el mundo como punto de partida para el lanzamiento espacial.
Las ventajas por las que sus clientes contrataban a Pegasus eran la capacidad de volar un avión de transporte al puerto espacial anfitrión, integrar la carga útil utilizando la infraestructura normal del aeródromo, despegar y volar al espacio aéreo de baja densidad sobre aguas internacionales y lanzar la carga al espacio.
Astraius Ltd utiliza tecnología de combustible sólido, similar a la probada por Pegasus, para apuntarse al floreciente mercado NewSpace, que pronostica el lanzamiento de miles de pequeños satélites LEO (órbita baja) en los próximos años.
En 1974, laUSAF estaba estudiando opciones para hacer que los misiles grandes tuvieran una mayor movilidad y menor dependencia de las infraestructuras terrestres para su lanzamiento, y llevó a cabo pruebas en las que desplegaron un misil Minuteman en el aire desde la parte trasera de un gran avión de transporte estándar, un C5 Galaxy en ese caso. El proyecto culminó con un lanzamiento de prueba que se realizó con éxito sobre el Pacífico. El cohete se lanzó desde el avión, se estabilizó con un paracaídas antes de encender su motor y ascendió en un breve vuelo de prueba.
Este concepto fue revisitado varias veces en la década de 2000, primero por SRALT/LRALT del Departamento de Defensa de los USA, que usó un concepto similar para desplegar un cohete desde un soporte paletizado desde la rampa trasera de un C-17. En 2006, un vehículo de pruebas, un dummy inerte pero con la masa real, se lanzó con éxito y se estabilizó con un paracaídas. Aunque no pasó a las pruebas con cohetes, demostró que este método de despliegue se podía lograr con éxito desde el interior de un avión de transporte convencional, sin modificar.
Es este enfoque el que plantea Astraius. Debido a que utiliza un sistema de plataforma modular autónomo y reutilizable, Astraius no necesita desarrollar o modificar un avión especializado y puede lanzar desde cualquier avión C17. Esto elimina una gran parte de los costos generales operativos y el tiempo de desarrollo que normalmente implica el lanzamiento aéreo tradicional.
Como beneficio adicional, transportar el vehículo de lanzamiento dentro de un avión significa que está mejor protegido durante las operaciones de ferry y puede ser atendido, preparado, configurado o manipulado durante el vuelo previo al lanzamiento. El transporte interno también posibilita operaciones en tierra más sencillas, en comparación con el montaje debajo del fuselaje o del ala.
El sector espacial ya emplea a 45.000 personas en el Reino Unido, y Escocia representa una quinta parte de ese total. Se espera que los planes de Astraius creen más de 4000 puestos de trabajo en el área local, posicionando a Escocia como un actor fundamental en la competitiva industria espacial.
EOSX, una compañía que pretende revolucionar el turismo espacial, ha anunciado que realizará su primer vuelo “espacial” en 2023, respetando el calendario que ya anunciara en 2020. El primer vuelo se produciría desde Sevilla, y el segundo desde Emiratos Árabes.
Acaba de firmar un acuerdo por el que instalará su nave de fabricación de vehículos “NAO V” en el Polo Aeronáutico de Sevilla.
¿Por qué entrecomillamos “espacial” y no nos referimos al NAO V como nave espacial?
Como ya hiciéramos en 2020, y al contrario que la prensa, nos negamos a llamar a este tipo de vuelo “espacial” por el simple hecho de que no lo es. Aunque la propia web denomine a la altitud de vuelo de sus aeronaves “espacio cercano”, por definición y convención, el espacio no comienza hasta la línea de Karman. Estas aeronaves son globos estratosféricos y por tanto son vuelos estratosféricos, nunca espaciales. Ni por ello tampoco se puede hablar de nave espacial.
¿Por qué tampoco hablamos de vuelo suborbitales ni de órbitas bajas?
En la propia web de EOS, así como en la prensa, se habla de un sistema de vuelo de órbita baja. Sin embargo, las órbitas bajas (o LEO) empiezan en la línea de Karman y terminan en el cinturón de van Allen, por tanto, tampoco se puede considerar un vehículo de órbita baja.
En cuanto al vuelo suborbital, es un vuelo que implica salir al espacio y volver, pero sin llegar a entrar en órbita. Y ya sabemos que no se sale al espacio en un globo estratosférico.
La experiencia especial, que no espacial, estratosférica.
Aún así, un vuelo en globo estratosférico para contemplar la Tierra desde allí y ver la curvatura terrestre, debe ser una experiencia digna de vivir. Según la propia web de EOSX, la experiencia “espacial” incluiría
Día 1: presentación de los vehículos así como experiencias de realidad virtual
Día 2: experiencia en microgravedad (vuelo parabólico) y comida de Estrella Michelín en vuelo
Día 3: Día de tratamientos antiedad, superalimentros, traje hiperbárico y nutricionista
Día 4: Experiencia inmersiva basada en la colonización de la Luna y cena en restaurante futurista
Día 5: Desplazamiento en helicóptero hasta el punto de lanzamiento del globo estratosférico, vuelo en globo, recepción y ceremonia de graduación
Día 6: Día cultural, con visitas a museos, gastronomía, arte y atracciones turísticas locales, en función de si el vuelo se hace desde Sevilla o desde Emiratos, y de lo que solicite el cliente.
La NASA ha probado en el túnel de viento de Langley una pareja de rotores del helicóptero multirrotor que mandará a Titán, la luna de Saturno, con la misión Dragonfly.
Los investigadores simularon las condiciones previstas para el vuelo estacionario, el descenso y el ascenso, y evaluaron las cargas aerodinámicas de cada rotor con una variedad de velocidades del viento, ángulos del eje de giro y velocidades de rotación. También realizaron pruebas con un rotor en funcionamiento y el otro inmóvil para evaluar los modos de seguridad ante el fallo.
Los sensores y acelerómetros en el especimen de prueba midieron las cargas y aceleraciones en cada rotor. El análisis preliminar de los datos indica que las predicciones de CFD (computación de fluidos por ordenador) sobre el rendimiento del rotor y los requisitos de potencia son válidas, y predicciones similares para la operación en Titán están dentro de las tolerancias esperadas de la misión.
Las pruebas en esta instalación única en su tipo fueron un primer paso crucial para hacer realidad esta emocionante misión. Los datos que recopilamos en el tunel de viento nos darán una imagen mucho más clara de cómo podemos esperar que funcionen los rotores de Dragonfly en la atmósfera alienígena de Titán.
Richard Heisler, líder de ensayos en túnel de viento para Dragonfly
Se trata del helicóptero de la misión Dragon Fly. El helicóptero será un octorrotor, de 450kg, cuyo fuselaje medirá unos 2m de largo (del morro a la cola) y otros dos de ancho (del punto más externo del diámetro descrito por las palas del rotor al otro).
El lanzamiento de Dragonfly está programado para 2027, y la llegada a Titán para 2034, cuando comenzará lo que se espera sea una misión de 3 años para explorar y arrojar luz sobre la compleja química en el exótico satélite. Fue seleccionado en junio de 2019 como parte del programa New Frontiers de la NASA, que incluye la misión New Horizons a Plutón y el Cinturón de Kuiper, Juno a Júpiter y OSIRIS-REx al asteroide Bennu. Dragonfly está dirigido por la investigadora principal Elizabeth Turtle en APL, que se encuentra en Laurel, Maryland.
Se convertiría así en el segundo helicóptero en volar en una atmósfera distinta de la de la Tierra, habiendo sido el primero el Ingenuity (~2kg de masa al despegue y 1.2m de diámetro de rotor).
Las condiciones que se va a encontrar el Drafonfly en Titán son justo las contrarias que el Ingenuity en Marte. Si en Marte había que volar en una atmósfera mucho menos densa que la terrestre y con mucha menos presión, en Titán el octorrotor deberá volar en una atmósfera que se encuentra a unos -177ºC, 1.6 atmósferas de presión y que tiene una densidad de 5.9kg/m³, y 1.35m/s² de aceleración de la gravedad frente a los 15ºC, 1 atmósfera, 1.225kg/m³ y 9.81m/s² de la Tierra.
Por comparar, la gravedad de Marte es entorno a un tercio de la de la Tierra (3.72m/s² frente a los 9.81m/s²). Sin embargo ¡la densidad de la atmósfera es de un 1% la de nuestro planeta (~0.01kg /m3 frente a los 1.225kg/m3).
La sustentación depende proporcionalmente de la densidad del aire y de la velocidad de rotación de los rotores de los rotores. La sustentación ha de vencer al peso para que Dragonfly pueda volar. Al tener mucha más densidad que en Marte, no será necesario que roten tan rápido como las del Ingenuity. Así pues, como en el caso del helicóptero marciano, aunque las leyes de la aerodinámica son conocidas, tendrán que rediseñar todo, posiblemente incluso los perfiles aerodinámicos, para adaptarlos a la atmósfera de Titán.
Otros retos de la ingeniería será la elección de los materiales, puesto que sus propiedades mecánicas se degradan mucho con temperaturas tan bajas, el diseño de la electrónica, así como la navegación: como en el caso de Marte no se cuenta con una red de satélites para dotar de navegación GPS al helicóptero.
SOFIA ha despegado a las 03:44UTC, puedes seguir su vuelo aquí, y será la última vez que haga su vuelo de observación, con la compuerta del fuselaje, se ve en color oscuro en la foto de arriba, abierta.
¿Recordáis a SOFIA? Os la presentamos allá por 2009, y hoy está realizando su último vuelo, luego ya la jubilación…
SOFIA son las siglas de Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (Observatorio Estratosférico para Astronomía de Infrarrojos). Vamos, un telescopio de infrarrojos, montado en un avión, en un Boeing 747.
La atmósfera distorsiona lo que nos llega al suelo. La luz, y el resto de las ondas electromagnéticas. También los rayos infrarrojos. ¿Solución? Pues montamos un telescopio en un avión y le hacemos volar a unos 12km de altitud. El telescopio va montado en la parte trasera del avión, que se abre como si fuera la ventanilla de plexiglás del Catalina, lo más parecido a aquellas escotillas por las que disparaban los artilleros de B-17 en la Segunda Guerra Mundial.
