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El post de hoy trata sobre los cohetes reutilizables, una temática que resulta de gran interés en la actualidad. Desde que la Unión Soviética diera comienzo a la era espacial con el lanzamiento del Sputnik I en octubre de 1957, la exploración del espacio ha sido uno de los ámbitos de la ingeniería que más interés y fascinación ha despertado por todo el mundo. Sin embargo, la etapa de mayor inversión de los Gobiernos en la ciencia espacial ocurrió durante las dos primeras décadas, teniendo como resultado la llegada de Neil Armstrong a la luna en 1969.

Una vez desaparecido el incentivo de la Guerra Fría, los elevados costes de las misiones espaciales – el programa Apolo costó 25.4 billones de dólares – hicieron que la inversión en ingeniería aeroespacial sufriera grandes recortes. Estos elevados costes son también el principal motivo de que el peso de la iniciativa privada en la exploración espacial haya sido prácticamente inexistente.

El carácter costoso de las misiones espaciales clásicas se debe básicamente a que el desarrollo de un cohete clásico supone una inversión enorme para construir un dispositivo que solamente puede ser utilizado una vez, ya que las primeras etapas encargadas de sacar la carga útil de la atmósfera han sido históricamente diseñadas para caer al mar o ser desintegradas por el rozamiento con la atmósfera. Es por esto que uno de los grandes retos a los que se ha enfrentado la ingeniería espacial ha sido el de desarrollar una tecnología que fuera capaz de sacar carga de la órbita terrestre y no destruir el vehículo en el proceso.

Cohetes reutilizables; el primer gran paso hacia la reusabilidad, el Space Shuttle

En 1981 el primer transporte espacial con una parte importante de sus componentes reutilizables realizó su primer vuelo: el Space Shuttle. Este programa espacial liderado por la NASA tenía como objetivos principales el transporte de grandes cargas hacia varias órbitas, el abastecimiento y colocación de módulos orbitales en la Estación Espacial Internacional (ISS), y la realización de misiones de mantenimiento en satélites.

El sistema del Space Shuttle tenía 3 componentes principales: el Vehículo Orbital, dos Aceleradores Sólidos Recuperables y un Tanque Externo.

  • El Vehículo Orbital era completamente reutilizable ya que su recuperación funcionaba como el aterrizaje de un avión. Este módulo era el encargado de realizar las operaciones en órbita, y tras un uso estaba disponible para la siguiente misión prácticamente al instante.
  • Los dos Aceleradores Sólidos Recuperables, como su nombre indica, también eran recuperados para su posterior uso. El problema es que el sistema de recuperación consistía en unos grandes paracaídas que aseguraban una deposición en el océano, por lo que el proceso de recuperación y reacondicionamiento de estos propulsores para su siguiente misión podía llevar hasta 9 meses.
  • El Tanque Externo era el elemento más grande y pesado del Space Shuttle, y no era reutilizable.

Cohetes reutilizables

Gráfico de la NASA. Imagen con licencia de dominio público.

En definitiva, solamente uno de los tres sistemas que componían el Space Shuttle era reutilizable inmediatamente. El coste de cada misión del Space Shuttle aún era elevadísimo: 1.6 billones de dólares (200 millones por cada astronauta que viajaba en él).

El programa Space Shuttle terminó en 2011, y a pesar de demostrar durante 30 años que la reusabilidad de los sistemas de transporte espacial era factible y beneficiosa, dejó en evidencia que para conseguir democratizar los viajes al espacio había que conseguir recuperar más componentes. En concreto, el reto era conseguir la recuperación del propulsor principal. Para ello, en la actualizad se apuesta por un concepto: los cohetes con sistemas de aterrizaje vertical.

Cohetes reutilizables con aterrizaje vertical

El aterrizaje vertical de la primera etapa de un cohete permite recuperarlo en unas condiciones óptimas para su reutilización, disminuyendo el tiempo de acondicionamiento necesario. El objetivo sería aterrizar el propulsor en una situación lo más similar posible a la del despegue, en la misma plataforma. La empresa privada norteamericana SpaceX es una de las pioneras en este tipo de sistemas de aterrizaje, implementado en su Falcon 9:

Cohetes reutilizables

Falcon 9. Imagen con licencia CC0.

En la operación de recuperación de la primera etapa ocurren 3 encendidos de los motores: el primero (boostback burn) sirve para frenar el arco balístico del cohete; el segundo (entry burn) sirve para reducir la velocidad de entrada en la atmósfera – y por tanto el rozamiento contra la misma; y el tercero (vertical landing) sirve para frenar el sistema justo antes de posarse sobre la plataforma.

Dependiendo del entorno de operación de la fase de aterrizaje, el Falcon 9 tiene dos sistemas de estabilización: para la etapa atmosférica, posee pequeños flaps que son accionados según las necesidades dictadas por las fuerzas del entorno y que se sirven de la aerodinámica para controlar la dirección del vehículo. Para la etapa espacial – donde no hay aire sobre el que actuar –, el cohete posee pequeños sistemas de eyección de nitrógeno (cold gas thrusters).

Desde 2015, los sistemas de aterrizaje vertical en cohetes son una realidad. En este caso, la iniciativa pertenece a empresas privadas como SpaceX o Blue Origin. Los diferentes objetivos de estas empresas – SpaceX está enfocada hacia el servicio de puesta en órbita de carga, mientras que Blue Origin está enfocada hacia la oferta de turismo espacial – son buena prueba de que los sistemas de aterrizaje vertical son el futuro para abaratar los costes de las misiones espaciales de diverso ámbito. A pesar de que no ha sido un camino fácil, en la actualidad ya existen cohetes que han realizado misiones de abastecimiento a la ISS habiendo sido utilizados previamente.

Según esta tecnología se vaya desarrollando, aplicaciones cada vez más y más ambiciosas de la misma se irán haciendo realidad. Esto podría abrir nuevos horizontes en cuanto a las posibilidades que nos ofrece salir al espacio.

Julio Doménech

Julio Doménech

Graduado en Ingeniería Aeroespacial especializado en motores con experiencia en gestión de proyectos tanto en ingeniería como en otros ámbitos. Actualmente presta servicio a una gran empresa de automoción en el departamento de gestión de proyectos de desarrollo. Posee experiencia en planificación y coordinación de actividades a fin de alcanzar los objetivos de Calidad, Coste y Tiempo. Es también un apasionado de los sectores de la automoción y la aeronáutica.

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