El Vehículo Experimental Intermedio ( IXV ) es un vehículo experimental de reentrada suborbital de la Agencia Espacial Europea (ESA) . Fue desarrollado para servir como prototipo de vehículo de retorno orbital con sustentación , con el fin de validar el trabajo de la ESA en el campo de los vehículos de retorno orbital reutilizables.
La Agencia Espacial Europea tiene un programa llamado Programa Preparatorio de Lanzadores Futuros (FLPP), que hizo una convocatoria para la presentación de propuestas para un avión espacial reutilizable . [ 4 ] [ 5 ] Una de las propuestas fue la de la Agencia Espacial Italiana, que presentó su propio Programa para el Demostrador Reutilizable en Órbita en Europa (programa PRIDE) que procedió a desarrollar un vehículo de prueba inicial, Pre-X , seguido del prototipo denominado Vehículo Experimental Intermedio (IXV) y el consiguiente Space Rider que hereda tecnología de su prototipo IXV. [ 6 ]
El 11 de febrero de 2015, el IXV realizó su primer vuelo espacial suborbital de 100 minutos, completando con éxito su misión al aterrizar intacto en la superficie del Océano Pacífico . [ 7 ] [ 8 ] El vehículo es el primer cuerpo sustentador en realizar una reentrada atmosférica completa desde velocidad orbital. [ 9 ] : 23 Las misiones anteriores han probado en vuelo cuerpos alados, que son altamente controlables pero también muy complejos y costosos, o cápsulas, que son difíciles de controlar pero ofrecen menos complejidad y menor costo. [ 10 ]
Desarrollo
Fondo
Durante las décadas de 1980 y 1990, hubo un gran interés internacional en el desarrollo de plataformas de lanzamiento y naves espaciales reutilizables , especialmente en lo que respecta a los aviones espaciales . Quizás los ejemplos más destacados fueron el transbordador espacial estadounidense y el programa soviético Buran . Las agencias espaciales nacionales de los países europeos, como el Centro Nacional de Estudios Espaciales (CNES) de Francia y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) de Alemania, trabajaron en sus propios diseños durante esta época, siendo el avión espacial Hermes el más prominente . El desarrollo del programa Hermes, que contó con el respaldo de la Agencia Espacial Europea (ESA) durante varios años, se interrumpió finalmente en 1992 antes de que se realizara ningún vuelo, en favor de un acuerdo de colaboración con la Agencia Espacial y Aeroespacial Rusa (RKA) para utilizar la nave espacial Soyuz existente .
Aunque el desarrollo del vehículo Hermes se canceló a principios de la década de 1990, la ESA mantuvo su objetivo estratégico a largo plazo de desarrollar y desplegar vehículos espaciales reutilizables similares. En consecuencia, para lograr este objetivo, la ESA emprendió una serie de estudios de diseño sobre diferentes conceptos de vehículos experimentales, así como para refinar y mejorar tecnologías consideradas cruciales para futuros vehículos de reentrada. [ 11 ] Para probar y desarrollar aún más las tecnologías y los conceptos derivados de estos estudios, era evidente la necesidad de acumular experiencia práctica de vuelo con sistemas de reentrada, así como de mantener y ampliar la cooperación internacional en los campos del transporte espacial, la exploración y la ciencia. De estos deseos surgió el Programa Preparatorio de Futuros Lanzadores (FLPP), una iniciativa liderada por la ESA, concebida e impulsada por varios de sus Estados miembros, que proporcionó un marco para abordar los desafíos y el desarrollo de la tecnología asociada con los vehículos de reentrada. [ 11 ]
Se reconoció que, para lograr un progreso significativo, el FLPP requeriría la producción y prueba de un prototipo de vehículo de reentrada que se basara en sus investigaciones, tecnologías y diseños existentes. [ 11 ] Al adoptar un enfoque gradual que utilizaba una serie de vehículos de prueba antes del desarrollo de una serie más amplia de vehículos de producción, se consideró que este enfoque reducía el riesgo y permitía la integración de desarrollos progresivamente más sofisticados a partir de las primeras misiones de costo relativamente bajo.
En consonancia con esta determinación, a principios de 2005, la Agencia Espacial Italiana y el Centro Italiano de Investigación Aeroespacial iniciaron formalmente el proyecto Vehículo Experimental Intermedio (IXV) en el marco de un programa italiano denominado PRIDE ( Programa para el Demostrador Reutilizable en Órbita en Europa ) [ 6 ]. Su principal contratista industrial fue Next Generation Launcher Prime SpA (NGLP) en Italia [ 11 ] . Esta última organización es una empresa conjunta formada por dos importantes compañías aeroespaciales europeas: Astrium y Finmeccanica . El programa PRIDE contó con el apoyo de diversas agencias espaciales nacionales, entre ellas el Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial , la Agencia Espacial Italiana (ASI), la agencia espacial francesa CNES y el DLR alemán . En noviembre de 2006, el IXV contaba con el apoyo de 11 Estados miembros: Austria, Bélgica, Francia, Alemania, Irlanda, Italia, Portugal, España, Suecia, Suiza y los Países Bajos [ 11 ] . De estos, Italia se consolidó como el principal financiador del programa IXV [ 12 ] .
Pruebas de selección y previas al lanzamiento

El proyecto IXV se benefició y aprovechó gran parte de los datos de investigación y los principios operativos de muchos de los estudios realizados previamente, especialmente del exitoso Demostrador de Reentrada Atmosférica (ARD), que se probó en vuelo durante 1998. Al principio, durante las etapas de definición de la misión y madurez del diseño del proyecto, se realizaron nuevamente comparaciones exhaustivas entre los conceptos existentes de la ESA y los nacionales con base en criterios compartidos, con el objetivo de evaluar los requisitos del experimento (tecnología y sistemas), los requisitos del programa (preparación tecnológica, cronograma de desarrollo y costo) y la mitigación de riesgos (viabilidad, madurez, robustez y potencial de crecimiento). [ 11 ] El diseño base seleccionado, una configuración de cuerpo sustentador esbelto, se basó principalmente en el Pre-X liderado por el CNES y los vehículos ARD de la ESA. El trabajo de desarrollo progresó rápidamente a través de la fase de definición del diseño preliminar, llegando a una revisión de los requisitos del sistema a mediados de 2007. [ 11 ]
El 18 de diciembre de 2009, la ESA anunció la firma de un contrato con Thales Alenia Space , valorado en 39.400.000 € , para cubrir 18 meses de trabajo preliminar del IXV. [ 13 ] [ 14 ] En 2011, el coste total estimado del proyecto IXV fue, según se informó, de 150.000.000 € . [ 15 ]
A finales de 2012, el sistema de paracaídas subsónico del IXV fue probado en el campo de pruebas de Yuma en Arizona , Estados Unidos. [ 16 ] Poco después, se llevaron a cabo una serie de pruebas de impacto en el agua en el tanque de investigación INSEAN del Consiglio Nazionale delle Ricerche cerca de Roma, Italia. [ 17 ]
El 21 de junio de 2013, un vehículo de prueba IXV fue lanzado desde una altitud de 3 km (1,9 millas) en el campo de tiro de Salto di Quirra, frente a Cerdeña , Italia. El propósito de este lanzamiento de prueba fue validar el sistema de aterrizaje en el agua del vehículo, incluyendo el paracaídas subsónico, los globos de flotación y el despliegue de la baliza. Se detectó una pequeña anomalía durante el inflado de los globos; sin embargo, todos los demás sistemas funcionaron según lo previsto. Tras el lanzamiento de prueba, el vehículo fue recuperado para su posterior análisis. [ 18 ] El 23 de junio de 2014, el buque de recuperación Nos Aries realizó un ejercicio de entrenamiento con un único prototipo IXV frente a la costa de Toscana . [ 19 ]
Durante junio de 2014, el vehículo de prueba IXV llegó al Centro Técnico ESTEC en Noordwijk , Países Bajos, para someterse a una campaña de pruebas con el fin de confirmar su preparación para el vuelo en previsión de un vuelo en un cohete Vega , que en ese momento estaba programado para tener lugar durante noviembre de ese año. [ 20 ]
Diseño

El Vehículo Experimental Intermedio (IXV) es un prototipo de avión espacial reutilizable no tripulado , precursor del siguiente modelo llamado Space Rider . Según la ESA, la parte "Intermedio" de su nombre se debe a que la forma del vehículo no necesariamente representa la nave espacial de producción prevista. [ 11 ] Posee una configuración de cuerpo sustentador que carece de alas de cualquier tipo, lo que resulta en una relación sustentación/resistencia (L/D) de 0,7 durante la reentrada. El tamaño y la forma están equilibrados entre la necesidad de maximizar el volumen interno para albergar cargas útiles experimentales, manteniéndose dentro de los límites de masa del lanzador Vega y un centro de gravedad favorable . El vehículo incluye deliberadamente varias tecnologías clave de interés para la ESA, incluido su sistema de protección térmica y la presencia de superficies de control aerodinámico activas. [ 11 ] El control y la maniobrabilidad del IXV se proporcionan mediante una combinación de estas superficies aerodinámicas (que comprenden un par de flaps móviles ) y propulsores a lo largo de todo su régimen de vuelo, que incluye el vuelo a velocidades hipersónicas . [ 11 ]
Un papel clave para el IXV es la obtención de datos y experiencia en la reentrada controlada aerodinámicamente, que según la ESA representa avances significativos con respecto a las técnicas balísticas y cuasibalísticas empleadas anteriormente. [ 11 ] A lo largo de cada misión, se registran datos representativos del rendimiento de la reentrada para investigar fenómenos aerotermodinámicos y validar las herramientas de diseño del sistema y los métodos de verificación en tierra, lo que a su vez respalda los esfuerzos de diseño futuros. [ 11 ] La reentrada se realiza con la nariz hacia arriba, similar al transbordador espacial operado por la NASA ; durante esta fase del vuelo, la maniobra del avión espacial se realiza girando fuera del plano y luego elevándose en esa dirección, de forma similar a un avión convencional. [ 12 ] El aterrizaje se realiza mediante un conjunto de paracaídas , que se eyectan durante el descenso a través de la parte superior del vehículo; además, segundos antes del aterrizaje, se inflan una serie de bolsas de aire para amortiguar el aterrizaje. [ 11 ]
Otro objetivo clave de la ESA para el IXV fue la verificación tanto de su estructura como de sus medidas avanzadas de protección térmica, específicamente su rendimiento durante las difíciles condiciones presentes durante la reentrada. [ 11 ] La parte inferior está cubierta por paneles de protección térmica de cerámica compuestos de una mezcla de fibra de carbono y carburo de silicio fijados directamente a la estructura del avión espacial, mientras que materiales ablativos que comprenden un material compuesto a base de corcho y silicona recubren las superficies superiores del vehículo. [ 12 ] [ 21 ] El fuselaje se basó en una disposición tradicional de estructura caliente/estructura fría, que se apoya en una combinación de conjuntos cerámicos y metálicos avanzados, materiales aislantes, así como el diseño eficaz de diversos accesorios, uniones y sellos; el papel desempeñado por las técnicas avanzadas de navegación y control también se consideró de gran importancia.
El IXV recibe soporte en órbita mediante un módulo de maniobra y soporte independiente, muy similar al Módulo de Recursos que se había previsto para el transbordador Hermes , cuyo proyecto fue cancelado . La aviónica del IXV está controlada por un microprocesador LEON2-FT y se interconecta mediante un bus serie MIL-STD-1553B . [ 22 ]
Como vehículo experimental destinado principalmente a recopilar datos, diversos sensores y equipos de monitoreo estuvieron presentes y operativos durante toda la duración del vuelo para recopilar datos que respaldaran el esfuerzo de evaluación, incluida la verificación de las tecnologías críticas de reentrada del vehículo. [ 11 ] Los datos registrados cubrieron varios elementos del vuelo del IXV, incluidos sus sistemas de guía, navegación y control, como las mediciones de identificación del modelo del vehículo (VMI) para la reconstrucción posterior al vuelo del comportamiento dinámico y el entorno de la nave espacial, así como los experimentos centrales obligatorios relacionados con sus tecnologías de reentrada. [ 11 ] Además, el IXV normalmente transportará experimentos complementarios de pasajeros que, si bien no fueron directamente necesarios para el éxito de su misión, sirven para aumentar el retorno de la inversión del vehículo; según la ESA, se habían recibido más de 50 propuestas de este tipo de una mezcla de industrias, institutos de investigación y universidades europeas, muchas de las cuales tienen beneficios para futuros programas de lanzamiento (como posibles métodos adicionales para guía, navegación, control, monitoreo de la salud estructural y protección térmica), exploración espacial y valor científico. Durante cada misión, se transmiten datos de telemetría a los controladores terrestres para monitorear el progreso del vehículo; [ 11 ] sin embargo, se sabe que fenómenos como la acumulación de plasma alrededor del avión espacial durante su reentrada bloquean las señales de radio. [ 12 ]
El IXV es el precursor del siguiente modelo llamado Space Rider , también desarrollado bajo el programa italiano PRIDE para la ESA. [ 6 ]
Prueba de vuelo
Durante 2011, se informó que el IXV tenía previsto realizar su vuelo inaugural ya en 2013; [ 23 ] sin embargo, posteriormente se reprogramó el lanzamiento para realizarlo utilizando el lanzador Vega de reciente desarrollo a finales de 2014. [ 24 ] [ 25 ] Esta ventana de lanzamiento inicial finalmente no se pudo aprovechar debido a problemas de seguridad en el campo de tiro que no se habían resuelto. [ 26 ]
Después de algunos retrasos, el 11 de febrero de 2015 el IXV fue lanzado con éxito a una trayectoria suborbital por un cohete Vega en la misión VV04 . [ 1 ] Habiendo sido lanzado a las 08:40 am hora local, [ 27 ] el vehículo se separó del vehículo de lanzamiento Vega a 333 km de altitud y ascendió a 412 km, luego de lo cual comenzó un descenso controlado para comenzar su reentrada a 120 km de altitud, viajando a una velocidad registrada de 7,5 km/s, idéntica a una trayectoria de reentrada típica que volarán las naves espaciales de órbita terrestre baja (LEO). Después de la reentrada, el IXV planeó sobre el Océano Pacífico antes de la apertura de sus paracaídas de aterrizaje, que fueron desplegados para frenar el descenso de la nave, después de haber volado más de 7300 km desde el comienzo de su reentrada. [ 9 ] : 25–26 El vehículo descendió a la superficie del Océano Pacífico, donde posteriormente fue recuperado por el buque Nos Aries ; se realizó un análisis tanto de la propia nave espacial como de los datos de la misión registrados. [ 28 ] [ 29 ] Jean-Jacques Dordain , entonces director general de la ESA, declaró sobre la misión: «No podría haber sido mejor, pero la misión en sí aún no ha terminado... ampliará aún más las fronteras del conocimiento en lo que respecta a la aerodinámica, los problemas térmicos y la guía y navegación de un vehículo de este tipo: este cuerpo sustentador». [ 12 ]
Planes futuros
Tras la finalización del vuelo de prueba, considerado impecable, los funcionarios de la ESA decidieron realizar un vuelo de prueba adicional entre 2019 y 2020. En esta misión, se preveía que el IXV aterrizara de una manera diferente, descendiendo directamente sobre una pista en lugar de realizar un amerizaje como antes; este método se lograría mediante la instalación de un parapente o mediante el uso de un tren de aterrizaje . La planificación del segundo vuelo espacial debía comenzar en marzo de 2015, mientras que el diseño del vehículo modificado debía iniciarse a mediados de 2015. [ 30 ]
Transición a Space Rider
En el Presupuesto Científico de la ESA de diciembre de 2016, el Consejo Ministerial aprobó la financiación para el próximo vuelo del IXV en forma del vehículo orbital comercial Space Rider . [ 31 ] Tras las revisiones de diseño en 2018 y 2019, se lanzaría una maqueta a tamaño real desde un globo en 2019 y realizaría su primer vuelo a bordo de un Vega-C en 2020/2021. Posteriormente, realizaría aproximadamente 5 vuelos científicos con intervalos de 6 a 12 meses antes de estar disponible comercialmente a partir de 2025 a un coste de 40 000 dólares por kg de carga útil para el lanzamiento, la operación y el regreso a la Tierra. [ 32 ] El mini transbordador Space Rider tendrá una longitud de entre 4 y 5 metros, una capacidad de carga útil de 800 kg, [ 33 ] una masa total de 2400 kg y una autonomía de misiones de 2 a 6 meses en una órbita de 400 km antes de regresar a la Tierra y ser reutilizado en un plazo de 4 meses. El dispensador de carga útil de la cuarta etapa del cohete Vega-C, AVUM, actúa como módulo de servicio para el transbordador, proporcionando maniobras orbitales y frenado, energía y comunicaciones antes de ser desechado para la reentrada. [ 34 ] El módulo de servicio AVUM reemplaza al Módulo de Propulsión IXV integrado y libera 0,8 m³ de espacio interno en el vehículo para una bahía de carga útil. El Space Rider es similar en funcionamiento al X-37B estadounidense , pero la mitad de la longitud del X37 y una quinta parte de la masa y la capacidad de carga útil del X37, lo que lo convertirá en el avión espacial más pequeño y ligero que jamás haya volado. Las compuertas de la carga útil se abrirán al alcanzar la órbita, exponiendo los instrumentos y experimentos al espacio antes de cerrarse para el aterrizaje.
En diciembre de 2020, la ESA firmó contratos con los contratistas principales Thales Alenia Space y Avio para la entrega del modelo de vuelo Space Rider. [ 35 ] El primer vuelo está programado para 2028. [ 36 ]
Presupuesto

Datos de la ESA, [ 15 ] Space.com, [ 23 ] Página espacial de Gunter [ 37 ]
Características generales
- Longitud: 5 m (16 pies 5 pulgadas)
- Envergadura: 2,2 m (7 pies 3 pulgadas)
- Altura: 1,5 m (4 pies 11 pulgadas)
- Peso en vacío: 480 kg (1058 lb)
- Peso bruto: 1900 kg (4189 lb)
- Alimentación: Baterías
Actuación
- Velocidad máxima: 27.720 km/h (17.220 mph, 14.970 nudos)
- Alcance: 7.500 km (4.700 mi, 4.000 nmi)
- Relación sustentación/arrastre: 0,7
- Altitud máxima: 412 km (256 millas)
Véase también
- 2015 en vuelos espaciales
- Demostrador de reentrada atmosférica (ARD): banco de pruebas de reentrada de la ESA que voló en 1998.
- Banco de pruebas experimental europeo de reentrada (EXPERT): programa de investigación que desarrolla materiales utilizados en el IXV, que nunca ha volado.
- Programa preparatorio para futuros emprendedores : programa principal de IXV.
- Hopper , un proyecto anterior de la ESA para un avión espacial tripulado, fue cancelado.
- HYFLEX (Experimento de Vuelo Hipersónico) : demostrador japonés de avión espacial equivalente a HOPE-X, desarrollado y puesto en vuelo por NASDA en 1996.
- RLV-TD : Banco de pruebas indio para la validación de tecnología reutilizable, en desarrollo por ISRO.
- Space Rider : avión espacial orbital desarrollado a partir de tecnologías IXV.
- Lista de programas y misiones de la Agencia Espacial Europea
Referencias
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- ↑ "Avión espacial europeo listo para su lanzamiento en febrero: empresa" . 21 de noviembre de 2014.
- ↑ "Calendario de lanzamiento mundial" . 18 de noviembre de 2014. Archivado del original el 30 de mayo de 2010.
- ↑ "Nuevo hito en el desarrollo del IXV" . ESA . 15 de septiembre de 2010.
El Vehículo Experimental Intermedio (IXV), en el marco
del Programa Preparatorio de Futuros Lanzadores
(FLPP) de la ESA, supone un paso adelante respecto al exitoso vuelo
del Demostrador de Reentrada Atmosférica
en 1998, que establece el papel de Europa en este campo.
- ↑ Nuevo hito en el desarrollo de IXV . ESA. 15 de septiembre de 2010.
- 1 2 3 Space Rider PRIDE . Centro Italiano de Investigación Aeroespacial . Consultado: 15 de noviembre de 2018.
- ↑ "Cronograma de la misión IXV" . ESA . 9 de febrero de 2015.
Navegará a través de la atmósfera dentro de su corredor de reentrada antes de descender, frenado por un paracaídas de varias etapas, para un amerizaje seguro en el Océano Pacífico unos 100 minutos después del despegue.
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El contrato está valorado en 39,4 millones de euros para cubrir el trabajo preliminar del IXV durante 18 meses, dijo Fabrizi.
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Ayer, el barco y la tripulación que tienen como objetivo recuperar la nave espacial no tripulada IXV de Europa en noviembre realizaron un ensayo frente a la costa de la Toscana, Italia.
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El momento en que el Vehículo Experimental Intermedio IXV de la ESA es retirado de su contenedor protector, de forma segura dentro del entorno de sala limpia del Centro Técnico de la Agencia.
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Lecturas adicionales
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Enlaces externos
- Sitio web oficial de IXV
- Perfil de Twitter de IXV
- Retransmisión completa desde el despegue hasta el amerizaje de la misión de reentrada del IXV , Galería multimedia de la ESA (11 de febrero de 2015)
- Conferencia de prensa sobre los primeros resultados del IXV , ESA Space in Videos (16 de junio de 2015)
- Misión del vehículo de reentrada IXV de la ESA , Galería multimedia de la ESA (animación de 2012)
- IXV: aprender a regresar del espacio , comunicado de prensa en vídeo de IXV (VNR)
- Vehículo experimental intermedio de la ESA , Galería multimedia de la ESA (animación de 2008)
- ESA Euronews : "Splashdown – la prueba de reentrada" (22/08/2013). Vídeo en YouTube.
- Vehículo de reentrada atmosférica reutilizable del CNES: PRE-X
- Entrada atmosférica
- nave espacial del CNES
- nave espacial de la Agencia Espacial Europea
- Aviones hipersónicos
- Aviones experimentales internacionales de la década de 2010
- Nave espacial lanzada en 2015
- aviones espaciales
- vuelos espaciales suborbitales
- Naves espaciales lanzadas por cohetes Vega
- Nave espacial de demostración tecnológica
- Febrero de 2015 en Francia
- Nave espacial Thales Alenia Space