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Las naves espaciales reutilizables son naves espaciales capaces de realizar lanzamientos repetidos, reingresos atmosféricos y aterrizajes o amerizajes. Esto contrasta con las naves espaciales desechables que están diseñadas para ser descartadas después de su uso, aunque muchas naves espaciales parcialmente reutilizables descartan algún tipo de módulo desechable antes del reingreso y la recuperación.
Las naves espaciales reutilizables pueden tener o no tripulación y ser orbitales o suborbitales . Algunos ejemplos son los aviones espaciales como el transbordador espacial y el Boeing X-37B , y las cápsulas espaciales como la SpaceX Dragon . La New Shepard de Blue Origin es un ejemplo de nave espacial suborbital.
Historia
El 17 de julio de 1962, el avión cohete North American X-15 alcanzó una altitud de 95,9 km en un vuelo suborbital, lo que marcó el primer vuelo espacial con un vehículo reutilizable según la definición de los Estados Unidos . [a] En 1963, el X-15 completó dos vuelos por encima de los 100 km. [1] Le siguió la cápsula Gemini SC-2 , que realizó un vuelo suborbital en 1965 y otro vuelo suborbital en 1966. [2]
La primera nave espacial que se reutilizó en órbita fue la nave espacial soviética VA , una cápsula que formaba parte de la nave espacial más grande TKS . Una cápsula VA que se lanzó en 1977 volvió a volar en 1978. [3]
El transbordador espacial fue la primera nave espacial orbital diseñada para su reutilización según la NASA , y se lanzó por primera vez en 1981. [4] Cinco orbitadores se lanzarían 135 veces antes del retiro del vehículo en 2011. A partir de noviembre de 2024, el transbordador espacial Discovery tiene el récord de la mayor cantidad de vuelos espaciales realizados por una sola nave espacial con 39. [5] El programa del transbordador espacial enfrentó críticas por no reducir el costo del acceso al espacio y tuvo preocupaciones de seguridad luego de los desastres del Challenger y Columbia . [6]
La Dragon 1 de SpaceX voló por primera vez en 2010 y se convirtió en la primera nave espacial construida y operada comercialmente en ser recuperada de la órbita. En 2012, Dragon se convirtió en el primer vehículo comercial en acoplarse a la Estación Espacial Internacional (ISS), después de lo cual realizó vuelos regulares de reabastecimiento de carga para la NASA. [7] Su primera reutilización fue en 2014, y el vehículo condujo al desarrollo de Dragon 2 , que alcanzó la órbita por primera vez en 2019. Dragon 2 transporta tanto carga como tripulación, y ha sido descrito como la nave espacial más rentable jamás utilizada por la NASA. [8] En 2021, Dragon 2 realizó el primer vuelo orbital con solo astronautas privados a bordo. [9]
SpaceShipOne , otro avión cohete, completó el primer vuelo espacial suborbital privado en 2004 y condujo al desarrollo de SpaceShipTwo . La cápsula New Shepard de Blue Origin realiza vuelos espaciales suborbitales comerciales, al igual que SpaceShipTwo. [b]
Diseño
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Las naves espaciales reutilizables deben sobrevivir al reingreso y regresar a salvo a la superficie. La masa de cualquier hardware dedicado a esto reduce la masa potencial de la carga útil.
Entrada atmosférica
Las naves espaciales orbitales inician una combustión de desorbitación y se orientan para la entrada atmosférica . El Boeing Starliner y Orion descartan sus módulos de servicio, incluidos sus motores de maniobra. El SpaceX Dragon descarta su maletero, que incluye sus paneles solares y radiadores, pero conserva sus motores Draco en la cápsula. [10] El transbordador espacial se destacó por recuperar toda la nave espacial.
En general, alrededor del 15% del peso en tierra de un vehículo es protección térmica. [11] Los sistemas de protección térmica (TPS) pueden estar hechos de una variedad de materiales, incluidos materiales de carbono-carbono reforzados y ablativos . [12] Históricamente, estos materiales se desarrollaron por primera vez en los ICBM MIRV . Sin embargo, los requisitos de los sistemas espaciales reutilizables difieren de los de los vehículos de reentrada de un solo uso, especialmente en lo que respecta a los requisitos de protección térmica. En particular, la necesidad de recubrimientos duraderos de alta emisividad que puedan soportar múltiples ciclos térmicos constituye un requisito clave en el desarrollo de nuevas naves espaciales reutilizables. Los materiales actuales para dichos recubrimientos de alta emisividad incluyen disiliciuros de metales de transición. [13]
Los escudos térmicos ablativos son fiables, pero se desgastan con el uso y son pesados. Las placas térmicas reforzadas de carbono-carbono, como las que se utilizan en el transbordador espacial, son frágiles y contribuyeron al desastre del Columbia . Fabricar una placa térmica resistente pero ligera y eficaz supone un reto. El material LI-900 se utilizó en el transbordador espacial.
Aterrizaje y remodelación
Los aterrizajes en pista desde la órbita se hicieron habituales con la introducción del transbordador espacial . Los aviones espaciales que aterrizan horizontalmente en una pista requieren superficies de sustentación y tren de aterrizaje. Los diseños incluyen el ala delta del transbordador espacial y el cuerpo sustentador del Dream Chaser . Los aviones espaciales requieren acceso a una pista lo suficientemente larga, una consideración necesaria para los modos de aborto del lanzamiento del transbordador espacial .
Las primeras cápsulas espaciales recuperables aterrizaron con paracaídas, ya sea en tierra o en un cuerpo de agua. Los aterrizajes en tierra requieren amortiguación adicional, que Starliner logra con bolsas de aire desplegables. Esto también se consideró para Orion , pero se descartó debido a la masa adicional requerida. [14] La New Shepard suborbital usa retrocohetes para reducir la velocidad justo antes del aterrizaje, una técnica que ha sido utilizada por la Soyuz prescindible durante décadas. El amerizaje permite que el agua amortigüe la nave espacial, pero la exposición al agua salada puede tener efectos adversos en la aviónica, la electrónica y las estructuras. [15] A pesar de esto, SpaceX comenzó a reutilizar regularmente las cápsulas Dragon después del amerizaje.
Dragon 2 fue diseñado originalmente para aterrizar propulsivamente usando sus motores SuperDraco ; sin embargo, los aterrizajes propulsivos para Dragon fueron cancelados [c] y Dragon 2 también usa paracaídas para amerizar en el océano. [17] La SpaceX Starship , que está en desarrollo a partir de noviembre de 2024, está diseñada para aterrizar propulsivamente usando sus motores Raptor . Su objetivo es ser "atrapado" por la torre de lanzamiento, como se hace para el propulsor Super Heavy . Esto reduce la masa de la infraestructura de aterrizaje en el vehículo al eliminar la necesidad de las patas de aterrizaje tradicionales.
Una vez recuperada una nave espacial, puede ser necesario reacondicionarla antes de su próximo vuelo. Según el diseño de la nave espacial, este proceso puede ser largo y costoso, y puede haber un límite en la cantidad de veces que se puede reacondicionar una nave espacial antes de que deba ser retirada. [18]
Lista de naves espaciales reutilizables
Operacional
En desarrollo
Jubilado
Propuesto
Cancelado
Véase también
Referencias
- ^ ab Heger, Gary (22 de agosto de 2020). "La primera nave espacial reutilizable: los vuelos del X-15 por encima de la línea Karman". Drew Ex Machina .
- ^ USAF (2017). «Cápsula Gemini». Museo del Espacio y los Misiles de la Fuerza Aérea. Archivado desde el original el 15 de febrero de 2017. Consultado el 31 de diciembre de 2017 .
- ^ "Nave espacial usada en venta: una cápsula espacial de la era soviética a subasta en Bélgica". collectSPACE . 6 de mayo de 2014.
- ^ "Datos sobre la era del transbordador espacial" (PDF) . NASA . Consultado el 9 de noviembre de 2024 .
- ^ "La nave espacial más reutilizada". Libro Guinness de récords . Consultado el 10 de noviembre de 2024 .
- ^ Cegłowski, Maciej (3 de agosto de 2005). "Un cohete a ninguna parte". Palabras ociosas . Consultado el 9 de noviembre de 2024 .
- ^ Chang, Kenneth (25 de mayo de 2012). «La cápsula Space X se acopla a la Estación Espacial». New York Times . Archivado desde el original el 3 de junio de 2015. Consultado el 25 de mayo de 2012 .
- ^ "Infografía: Por qué SpaceX es un punto de inflexión para la NASA". Datos diarios de Statista . 2020-06-08 . Consultado el 2024-04-26 .
- ^ Overbye, Dennis (21 de septiembre de 2021). "Lo que revela un hongo sobre el programa espacial: una cosa es segura: escapar del montón de estiércol no es barato". The New York Times . Consultado el 24 de septiembre de 2021 .
- ^ "Próximamente: Quema de desorbitación de la Crew Dragon: programa de tripulación comercial". blogs.nasa.gov . Consultado el 31 de mayo de 2020 .
- ^ Chung, Winchell D. Jr. (30 de mayo de 2011). "Basic Design". Atomic Rockets . Projectrho.com . Consultado el 4 de julio de 2011 .
- ^ Johnson, Sylvia (septiembre de 2012). "Materiales de protección térmica: desarrollo, caracterización y evaluación" (PDF) . Centro de Investigación Ames de la NASA.
- ^ Recubrimientos de alta emisividad sobre cerámica fibrosa para sistemas espaciales reutilizables Corrosion Science 2019
- ^ Scharr, Jillian (13 de junio de 2013). "La NASA se vuelve 'ecológica': la próxima nave espacial será reutilizable". Space.com . Consultado el 11 de noviembre de 2024 .
- ^ "UN MARCO PARA EVALUAR LA REUTILIZACIÓN DE HARDWARE (MOTORES DE COHETES REUTILIZABLES" (PDF) . NASA . Consultado el 11 de noviembre de 2024 .
- ^ McRea, Aaron. "Dragon recibe una mejora en el sistema de aterrizaje propulsivo, planificada desde hace tiempo, después de años de desarrollo". Nasa Spaceflight . Consultado el 11 de noviembre de 2024 .
- ^ Thompson, Loren. "SpaceX abandona el plan de hacer que las naves espaciales de los astronautas sean reutilizables; Boeing sigue con el plan de reutilización". Forbes . Consultado el 31 de mayo de 2020 .
- ^ "SpaceX lanza Dragon mientras se prepara para el próximo contrato de carga". SpaceNews.com . 2019-07-25 . Consultado el 2020-05-31 .
- ^ "estación espacial TRANSPORTANDO HUMANOS AL LABORATORIO ORBITANTE EN EL CIELO". SpaceX . Consultado el 11 de noviembre de 2024 .
- ^ Wolfe, Frank (4 de marzo de 2022). «La séptima misión del X-37B tendrá un módulo de servicio, como la sexta misión, para permitir más experimentos». Defense Daily . Consultado el 10 de noviembre de 2024 .
- ^ Estados Unidos define el vuelo espacial como aquel que supera los 80 km, mientras que los 100 km son reconocidos internacionalmente por la FAI.
- ^ SpaceShipTwo ha superado altitudes de 80 km, pero no de 100 km
- ^ La tripulación Dragon conserva la capacidad de aterrizar propulsivamente en caso de falla del paracaídas. [16]
- ^ El X-37 puede llevar un módulo de servicio prescindible opcional [20]
- ^ La nave espacial llegó al espacio en 2024, pero no fue recuperada
- ^ Mengzhou completó un vuelo de prueba sin tripulación en 2020
- ^ El X-15 alcanzó una altitud de 95,9 km el 17 de julio de 1962. Alcanzó una altitud de 106,1 km el 19 de julio de 1963.
- ^ Gemini SC-2 se utilizó en dos vuelos espaciales suborbitales [1]
- ^ La nave espacial VA fue diseñada para transportar tripulación, pero esto nunca fue probado.
- ^ Buran fue diseñado para ser reutilizado y fue recuperado, pero sólo completó un vuelo espacial.
- ^ Buran fue diseñado para transportar cosmonautas, pero esto no fue probado.
- ^ SpaceShipTwo superó una altitud de 80 km, pero no de 100 km