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Articulo de referencia

Programa de demostración de tecnología RLV

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El Programa de Demostración Tecnológica de Vehículos de Lanzamiento Reutilizables es una serie de misiones de demostración tecnológica concebidas por ISRO como un primer paso hacia la realización de un vehículo de lanzamiento reutilizable de dos etapas a órbita (TSTO) , en el que la segunda etapa es un avión espacial . [ 3 ]

Para este propósito, se configuró un demostrador tecnológico de vehículo de lanzamiento reutilizable alado ( RLV-TD ). El RLV-TD funcionó como banco de pruebas volador para evaluar diversas tecnologías, como el vuelo de crucero propulsado, el vuelo hipersónico y el aterrizaje autónomo mediante propulsión de respiración aérea. La aplicación de estas tecnologías reduciría el costo de lanzamiento en un factor de 10. [ 4 ] Este proyecto no tiene relación con el concepto de avión espacial Avatar de la Organización de Investigación y Desarrollo de la Defensa de la India . [ 5 ]

Historia

En 2006, la Organización India de Investigación Espacial (ISRO) realizó una serie de pruebas en tierra para demostrar la combustión supersónica estable durante casi 7 segundos con un número de Mach de entrada de 6. [ 6 ]

En marzo de 2010, ISRO realizó las pruebas de vuelo de su nuevo cohete sonda: Vehículo de Tecnología Avanzada (ATV-D01), con un peso de 3 toneladas en el despegue, un diámetro de 0,56 m (1 pie 10 pulgadas) y una longitud de ~ 10 m (33 pies) . [ 7 ] Transportaba un módulo de combustión de motor scramjet pasivo como banco de pruebas para la demostración de la tecnología de propulsión de respiración de aire. [ 8 ]     

En enero de 2012, ISRO anunció que se aprobó la construcción y las pruebas de un prototipo a escala, denominado Demostrador Tecnológico de Vehículo de Lanzamiento Reutilizable ( RLV-TD ). [ 9 ] La caracterización aerodinámica del prototipo RLV-TD fue realizada por los Laboratorios Aeroespaciales Nacionales de la India. El RLV-TD se encuentra en las últimas etapas de construcción por una empresa privada con sede en Hyderabad llamada CIM Technologies. El tren de aterrizaje fijo para el RLV-TD fue suministrado por Timetooth Technologies. Se espera que el RLV a escala real utilice un tren de aterrizaje retráctil. [ 10 ]

En mayo de 2015, los ingenieros del Centro Espacial Vikram Sarabhai (VSSC) en la Estación de Lanzamiento de Cohetes Ecuatoriales de Thumba estaban instalando losetas térmicas en la superficie exterior del RLV-TD para protegerlo del intenso calor durante la reentrada atmosférica . [ 11 ] Este prototipo pesa alrededor de 1,5 toneladas y voló a una altitud de 65  km [ 11 ] montado sobre un propulsor sólido desechable HS9. [ 12 ] [ 13 ]

El 28 de agosto de 2016, ISRO probó con éxito su motor scramjet en el segundo vuelo de desarrollo de su Vehículo de Tecnología Avanzada ATV-D02 desde el Centro Espacial Satish Dhawan. [ 14 ] [ 15 ] El motor scramjet se integrará al RLV en una etapa posterior de desarrollo. [ 16 ]

En febrero de 2024, el IIT Kanpur construyó y evaluó la Instalación de Pruebas del Túnel de Expansión de Hipervelocidad, denominada S2, en el Laboratorio de Aerodinámica Experimental Hipersónica (HEAL) del Departamento de Ingeniería Aeroespacial. En la instalación S2 se pueden replicar vuelos de estatorreactores y condiciones hipersónicas extremas, como la entrada atmosférica . Se prevé que la instalación apoye el Programa de Demostración de Tecnología RLV. [ 17 ] Para 2026, ISRO había finalizado la arquitectura de la misión y el desarrollo del motor, con pruebas en túnel de viento realizadas con NAL. Según se informó, se estaba desarrollando aislamiento térmico reutilizable para el proyecto. [ 18 ]

Pushpak (RLV-TD)

RLV-TD HEX01

Pushpak ( sánscrito , ISO : Puṣpaka , lit. ' Pequeña flor ' , homónimo : Pushpaka Vimana ) [ 19 ] (también conocido como RLV-TD o Demostrador de tecnología de vehículos de lanzamiento reutilizables ) es el primer banco de pruebas volador no tripulado de la India desarrollado para el Programa de demostración de tecnología RLV de ISRO que comenzó en 2012. Es un prototipo a escala reducida de un eventual vehículo de lanzamiento reutilizable de dos etapas a órbita (TSTO) .

En enero de 2012, el diseño del vehículo de lanzamiento reutilizable de ISRO fue aprobado por el Comité Nacional de Revisión y se autorizó su construcción. El vehículo recibió el nombre de «Vehículo de Lanzamiento Reutilizable - Demostrador Tecnológico» (RLV-TD). [ 20 ] ISRO tiene como objetivo reducir el costo de la entrega de carga útil a la órbita terrestre baja en un 80 %, pasando de los 20 000 $/kg actuales a 4000 $/kg. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]

El RLV-TD se desarrolló con el objetivo de probar diversos aspectos como el vuelo hipersónico , el aterrizaje automático , el vuelo de crucero propulsado , el vuelo hipersónico utilizando la propulsión de un motor de respiración de aire y el experimento hipersónico.

ISRO ha planificado una serie de cuatro vuelos de prueba del RLV-TD: [ 20 ] [ 24 ] [ 25 ]

  • HEX (Experimento de Vuelo Hipersónico) - Finalizado
  • LEX (Experimento de Aterrizaje) - Completado
  • REX (Experimento de Vuelo de Retorno), posteriormente renombrado como OREX (Experimento de Vuelo de Retorno Orbital) - Planificado
  • SPEX (Experimento de Propulsión con Estatorreactor) - Planificado

Un equipo de 750 ingenieros del Centro Espacial Vikram Sarabhai, los Laboratorios Aeroespaciales Nacionales y el Instituto Indio de Ciencias trabajaron en el diseño y desarrollo del RLV-TD y el cohete asociado. El RLV-TD se sometió a 120 horas en túnel de viento , 5000 horas de dinámica de fluidos computacional y 1100 ejecuciones de pruebas de simulación de vuelo . El RLV-TD tiene una masa de 1,75 toneladas, una envergadura de 3,6 metros y una longitud total de 6,5 metros (sin incluir el cohete). El vehículo tenía 600 losetas resistentes al calor en su tren de aterrizaje y cuenta con alas delta y aletas de cola angulares . [ 26 ] [ 27 ] El costo total del proyecto fue de ₹ 95 crore (equivalente a ₹ 137 crore o US$ 14,3 millones en 2023) . [ 28 ] [ 29 ] Los desarrollos futuros planificados incluyen la prueba de un sistema de propulsión de respiración de aire, que busca aprovechar el oxígeno en la atmósfera en lugar de oxígeno líquido durante el vuelo. [ 30 ] La investigación de caracterización aerodinámica se llevó a cabo en la instalación del túnel de viento trisónico de 1,2 m de los Laboratorios Aeroespaciales Nacionales . [ 31 ]  

Proyecto de propulsión mediante respiración aérea

En enero de 2006, ISRO completó el diseño, desarrollo y pruebas del scramjet ( estatorreactor supersónico ) en su Centro Espacial Vikram Sarabhai en Thiruvananthapuram . Durante las pruebas en tierra, se demostró una combustión supersónica estable con un número de Mach de entrada de 6 durante 7 segundos.

El 3 de marzo de 2010, ISRO realizó con éxito la prueba de vuelo de su nuevo cohete sonda ATV-D01 desde el Centro Espacial Satish Dhawan en Sriharikota . El ATV-D01 pesaba 3 toneladas en el despegue y era el cohete sonda más pesado desarrollado por ISRO hasta ese momento. Estaba equipado con un motor Scramjet pasivo . El cohete voló durante 7 segundos, alcanzó un número Mach de 6 + 0,5 y una presión dinámica de 80 + 35 kPa . [ 32 ] [ 33 ]

El 28 de agosto de 2016, ISRO probó un motor scramjet con un vuelo de cinco minutos. A una altura de 20 kilómetros, se encendió el motor scramjet acoplado al Vehículo de Tecnología Avanzada . Quemó combustible durante cinco segundos, un hito importante en el desarrollo del Ramjet de Modo Dual (DMR) en el marco del Proyecto de Propulsión de Respiración Aérea. [ 34 ] El motor scramjet pesaba 3277 kg en el despegue. Entre las tecnologías críticas que se han demostrado con éxito se incluyen los sistemas de inyección de combustible, los mecanismos de admisión de aire, el encendido del motor de respiración aérea a velocidad supersónica y el mantenimiento de la llama a velocidad supersónica. Cada aspecto de la operación de vuelo siguió una secuencia preprogramada. El diseño y desarrollo de una admisión de aire para motores hipersónicos, una cámara de combustión supersónica, materiales que pueden soportar temperaturas extremadamente altas, herramientas computacionales para simular el flujo hipersónico, una gestión térmica adecuada y las pruebas en tierra de los motores son solo algunos de los desafíos tecnológicos que ISRO ha superado con éxito. [ 35 ] [ 36 ]

El 23 de julio de 2024, ISRO concluyó con éxito la segunda demostración experimental de vuelo de la tecnología de propulsión por respiración de aire. Los sistemas de propulsión por respiración de aire se colocaron simétricamente a ambos lados del cohete sonda Rohini RH-560 utilizado en el experimento. Los sistemas de propulsión por respiración de aire se encendieron correctamente y la prueba se realizó satisfactoriamente. Se monitorizaron exhaustivamente 110 parámetros durante el vuelo para evaluar el rendimiento del sistema de propulsión. [ 37 ]

Experimentos TD de RLV

Experimento de vuelo hipersónico

Insignia de vuelo RLV-HEX01

El Experimento de Vuelo Hipersónico del Vehículo de Lanzamiento Reutilizable o RLV HEX fue el primer vuelo de prueba en el Programa de Demostración de Tecnología RLV. HEX fue lanzado con éxito el 23 de mayo de 2016. [ 2 ] [ 38 ] [ 39 ] El RLV-TD consta de un fuselaje (cuerpo), una tapa de nariz, alas delta dobles y timones verticales gemelos. Tiene superficies de control activas llamadas elevones y timones. [ 39 ] Aparte de los timones gemelos, es similar en forma y funcionamiento a un pequeño transbordador espacial orbital. El TDV utiliza alrededor de 600 baldosas de sílice resistentes al calor y aislamiento externo flexible, la tapa de nariz está hecha de compuesto de carbono-carbono con recubrimiento de SiC. Los bordes de ataque de los timones gemelos son de Inconel-718, los bordes de ataque de las alas de 15CDV6. [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]

HEX fue el primer vuelo de prueba de un vehículo de lanzamiento reutilizable desarrollado por la India. Los objetivos del vuelo de prueba incluyeron: [ 46 ]

  • Validación de las características de diseño aerodinámico durante el vuelo hipersónico
  • Caracterizar las cargas inducidas durante el descenso hipersónico a través de la atmósfera.
  • Evaluar el rendimiento de la fibra de carbono utilizada en la construcción del morro del vehículo.
  • Demostrar la secuenciación de separación de primera etapa

El vehículo fue rastreado durante su vuelo desde estaciones terrestres en Sriharikota y una terminal a bordo de un barco. La duración total del vuelo, desde el lanzamiento hasta el amerizaje, fue de aproximadamente 773,6 segundos. [ 47 ] No se planeó recuperar la unidad. [ 48 ] [ 49 ] ISRO planea construir una pista de aterrizaje de más de 4 km de longitud en la isla de Sriharikota en un futuro próximo. En este vuelo se validaron tecnologías críticas como la navegación autónoma, la guía y el control, el sistema de protección térmica reutilizable y la gestión de la misión de descenso. [ 50 ]

Experimento de aterrizaje

El Experimento de Aterrizaje del Vehículo de Lanzamiento Reutilizable ( RLV-LEX) fue el segundo vuelo de prueba del Programa de Demostración Tecnológica del RLV, tras el Experimento de Vuelo Hipersónico. Estas pruebas de demostración allanarán el camino para el vehículo de lanzamiento totalmente reutilizable de dos etapas a órbita (TSTO). Además, se realizarán más pruebas similares al RLV-LEX para evaluar otras condiciones, como el viento, diferentes condiciones de fallo y otros factores, con el fin de finalizar las pruebas del vehículo. [ 51 ] Se realizaron tres de estas pruebas entre abril de 2023 y junio de 2024. Se utilizó un paracaídas de frenado para reducir la velocidad a 100  km/h y los frenos de la rueda delantera para detener el vehículo. [ 52 ]

Misión de aterrizaje autónomo con vehículo de lanzamiento reutilizable (RLV-LEX-01)

RLV-LEX-01

El RLV-LEX se llevó a cabo con éxito el 2 de abril de 2023 en el Campo de Pruebas Aeronáuticas de Chitradurga . [ 53 ] El vuelo despegó a las 7:10 a. m. y fue liberado en el aire a una distancia de 4,6 km. El vehículo aterrizó alrededor de las 7:40 a. m.

Los objetivos del vuelo de prueba incluían: [ 54 ]

  • Simulación de las condiciones exactas del aterrizaje de un vehículo de reentrada espacial: aterrizaje preciso, autónomo, a alta velocidad y sin tripulación, desde la misma trayectoria de retorno.
  • Validar los parámetros de aterrizaje, como la velocidad relativa al suelo, la velocidad de descenso del tren de aterrizaje y las velocidades precisas del cuerpo, tal como las experimentaría un vehículo espacial de reentrada orbital en su trayectoria de regreso.

Tras la exitosa finalización de la misión, S. Somanath , presidente de ISRO , declaró a los medios que actualmente planean realizar más pruebas de aterrizaje similares para comprobar la preparación del software y el hardware en diferentes condiciones. La prueba consistirá en el lanzamiento del vehículo desde una altitud de aproximadamente 4,5 kilómetros y con una diferencia lateral, tras lo cual el vehículo deberá guiarse automáticamente para aterrizar. [ 55 ] La prueba se denominará retroactivamente RLV-LEX-01.

RLV-LEX-02

Otro experimento de aterrizaje se llevó a cabo en el Campo de Pruebas Aeronáuticas de Chitradurga el 22 de marzo de 2024. [ 56 ] El vehículo tuvo que corregir las desviaciones tanto transversales como longitudinales antes de aterrizar de forma autónoma en la pista debido a las maniobras y dispersiones más difíciles del experimento. [ 57 ] El vehículo utilizó su sistema de dirección de la rueda delantera , los frenos del tren de aterrizaje y el paracaídas de frenado para ayudarlo a detenerse con precisión en la pista después de realizar las modificaciones transversales requeridas. El RLV-LEX-02 utilizó el mismo Vehículo Demostrador de Vuelo que el RLV-LEX-01. El Centro de Sistemas de Propulsión Líquida (LPSC), la Unidad de Sistemas Inerciales de ISRO (IISU), el Centro Espacial Vikram Sarabhai y la Fuerza Aérea India trabajaron juntos con el Establecimiento de Desarrollo Aeronáutico (ADE), el Establecimiento de Investigación y Desarrollo de Entrega Aérea (ADRDE) y otras agencias para completar la misión. [ 58 ] [ 59 ]

RLV-LEX-03

ISRO completó los preparativos para el tercer y último experimento de aterrizaje del RLV, RLV-LEX-03. En la reunión de Revisión de Preparación de la Misión del 7 de junio de 2024, S. Unnikrishnan Nair , Director del Centro Espacial Vikram Sarabhai , certificó la misión para la primera quincena de junio en el Campo de Pruebas Aeronáuticas de Chitradurga , sujeto a las condiciones meteorológicas. A diferencia de LEX-02, donde la altitud era la misma pero la distancia lateral desde la pista era de 150 metros, Pushpak será transportado por un helicóptero Chinook de la Fuerza Aérea India a una altura de 4,5 kilómetros y 500 metros a un lado de la pista en LEX-03 antes de ser liberado. El objetivo de la misión LEX-03 es investigar métodos para reducir la velocidad de descenso, o tasa de hundimiento, para disminuir el peso del impacto. Pushpak llevará un sistema de cinemática en tiempo real (RTK) a bordo. La prueba también determinará qué tan bien se desempeña Pushpak en escenarios con viento de cola. [ 60 ]

El nuevo paquete de cinemática a bordo del LEX-03 mejoró la precisión del NavIC mediante la fusión de múltiples sensores, lo que permite la corrección de errores en tiempo real para el aterrizaje autónomo.

La fecha de la prueba se pospuso hasta finales de la segunda semana de junio debido a las malas condiciones meteorológicas. [ 61 ] La prueba se llevó a cabo con éxito el 23 de junio desde el Campo de Pruebas Aeronáuticas de Chitradurga. Pushpak fue lanzado desde un helicóptero Chinook de la Fuerza Aérea India a una altitud de 4,5 km. [ 62 ]

Durante la misión LEX-03, Pushpak realizó automáticamente maniobras de corrección de trayectoria, se aproximó a la pista y realizó un aterrizaje horizontal preciso en el eje central de la misma.  Tras el aterrizaje, se utilizó el paracaídas de frenado para reducir la velocidad a casi 100 km/h, y posteriormente se emplearon los frenos del tren de aterrizaje para detener el vehículo y desacelerar sobre la pista. Durante esta fase de rodaje, Pushpak utiliza su rueda delantera y su sistema de dirección de timón para mantener automáticamente un rodaje estable y preciso a lo largo de la pista. [ 63 ]

La misión replicó las condiciones de aterrizaje a alta velocidad, así como la interfaz de aproximación y aterrizaje, para un vehículo que regresa del espacio. Se validó el sofisticado sistema de guiado que aborda las correcciones de errores en los planos lateral y longitudinal, necesarias para el próximo Experimento de Vuelo de Retorno Orbital. El vehículo de prueba estaba equipado con un sistema de pseudolitos , un sensor inercial , un altímetro radar , un sistema de datos aerodinámicos y un receptor NavIC , entre otros dispositivos de fusión multisensor. El RLV-LEX-03 demostró la robustez y adaptabilidad de los sistemas de vuelo para múltiples misiones al reutilizar el cuerpo alado y los sistemas de vuelo del LEX-02 sin modificaciones. [ 63 ]

Futuro

ISRO planea dos experimentos más: OREX (Experimento de Vuelo de Retorno Orbital) y SPEX (Experimento de Propulsión Scramjet). [ 11 ] [ 64 ] [ 65 ] El OREX se lanzará en un cohete GSLV con la etapa PS-4 en lugar de sus etapas superiores CUS (debido al menor rendimiento requerido para un vuelo suborbital en comparación con un lanzamiento GSLV regular) y un vehículo de reentrada orbital (ORV) en lugar de su cofia de carga útil ojival , y reingresará a la atmósfera terrestre para aterrizar y demostrar la viabilidad del proyecto. El vehículo OREX será 1,6 veces más grande que la plataforma Pushpak del Experimento de Aterrizaje. Tendrá tren de aterrizaje retráctil y un sistema de protección térmica para un reingreso seguro a la atmósfera terrestre. [ 60 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "ISRO comenzará los vuelos de prueba del banco de pruebas del lanzador reutilizable" .
  2. 1 2 "El primer transbordador espacial de fabricación india, el RLV-TD, fue lanzado con éxito" . Archivado del original el 23 de mayo de 2016. Recuperado el 23 de mayo de 2016 .
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  4. ↑ "Martes, 22 de diciembre, los pequeños pasos de ISRO hacia el desarrollo de su propio programa de cohete reutilizable [ Vehículo de Lanzamiento Reutilizable (RLV) ] " . LIVE MINT, IN . 2015. Archivado del original el 26 de mayo de 2016. Consultado el 23 de diciembre de 2015 .
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  • Página principal del RLV-TD en ISRO. Archivada el 23 de mayo de 2016 en Wayback Machine.
  • Animación del vuelo de prueba del RLV-TD en YouTube