Las críticas al programa del Transbordador Espacial surgieron de las afirmaciones de que el programa Transbordador de la NASA no logró sus objetivos de costos y servicios públicos prometidos, así como los problemas de diseño, costos, administración y seguridad. [1] Fundamentalmente, falló en el objetivo de reducir el costo del acceso al espacio. Los costos de lanzamiento incrementales por libra del transbordador espacial finalmente resultaron ser considerablemente más altos que los de los lanzadores desechables. [2] Para 2011, el costo incremental por vuelo del transbordador espacial se estimó en $ 450 millones, [3] o $ 18.000 por kilogramo ($ 8.200 por libra) a la órbita terrestre baja (LEO). En contraste, el protón comparableSe dice que el vehículo de lanzamiento cuesta tan poco como $ 110 millones, [4] o alrededor de $ 5,000 por kilogramo ($ 2,300 por libra) para LEO, a pesar de no ser reutilizable.
Cuando se tienen en cuenta todos los costos de diseño y mantenimiento, se estimó que el costo final del programa del transbordador espacial, promediado para todas las misiones y ajustado a la inflación (2008), sería de 1.500 millones de dólares por lanzamiento, o 60.000 dólares por kilogramo (27.000 dólares por libra) a LEO. [5] Esto debe contrastarse con los costos originalmente previstos de $ 260 por kilogramo ($ 118 por libra) de carga útil en dólares de 1972 (aproximadamente $ 558 por libra ajustados por inflación a 2019). [6]
Falló en el objetivo de lograr un acceso confiable al espacio, en parte debido a las interrupciones de varios años en los lanzamientos después de las fallas del Shuttle. [7] Las presiones presupuestarias de la NASA causadas por los costos crónicamente altos del programa del Transbordador Espacial de la NASA han eliminado los vuelos espaciales tripulados de la NASA más allá de la órbita terrestre baja desde Apolo, y restringido severamente el uso de sondas no tripuladas. [8] La promoción y la dependencia de la NASA del transbordador ralentizó los programas de vehículos de lanzamiento comercial prescindibles (ELV) hasta después del desastre del Challenger de 1986 . [9]
Dos de las cinco naves espaciales fueron destruidas en accidentes, matando a 14 astronautas, la mayor pérdida de vidas en la exploración espacial.
Propósito del sistema
El "Sistema de transporte espacial" (el nombre formal de la NASA para el programa general del transbordador) se creó para transportar a los miembros de la tripulación y las cargas útiles a las órbitas terrestres bajas . [10] Brindaría la oportunidad de realizar experimentos científicos a bordo del transbordador para estudiar los efectos de los vuelos espaciales en humanos, animales y plantas. Otros experimentos estudiarían cómo se pueden fabricar cosas en el espacio. El transbordador también permitiría a los astronautas lanzar satélites desde el transbordador e incluso reparar satélites que ya están en el espacio. [11] El transbordador también estaba destinado a la investigación de la respuesta humana a cero-g . [12]
El Shuttle fue originalmente facturado como un vehículo espacial que podría lanzarse una vez a la semana y ofrecer bajos costos de lanzamiento a través de la amortización . Se esperaba recuperar los costos de desarrollo mediante el acceso frecuente al espacio. Estas afirmaciones se hicieron en un esfuerzo por obtener fondos presupuestarios del Congreso de los Estados Unidos . [13] A partir de 1981, el transbordador espacial comenzó a utilizarse para viajes espaciales. Sin embargo, a mediados de la década de 1980, el concepto de volar que muchas misiones de transbordadores demostró ser poco realista y las expectativas de lanzamiento programadas se redujeron en un 50%. [14] Tras el accidente del Challenger en 1986, las misiones se detuvieron a la espera de una revisión de seguridad. Esta pausa se hizo larga y finalmente duró casi tres años mientras continuaban las discusiones sobre la financiación y la seguridad del programa. Finalmente, los militares reanudaron el uso de vehículos de lanzamiento prescindibles en su lugar. [12] Las misiones se suspendieron nuevamente después de la pérdida de Columbia en 2003. En total, se lanzaron 135 misiones durante los 30 años posteriores al primer vuelo orbital de Columbia , con un promedio de aproximadamente una cada 3 meses.
Costos
Algunas de las razones de los costos operativos más altos de lo esperado fueron:
- La NASA obtuvo fondos del presupuesto de la Fuerza Aérea de los EE. UU. A cambio de la contribución de la USAF al proceso de diseño. Para cumplir con la misión de la USAF de lanzar cargas útiles a la órbita polar , la USAF insistió en un requisito de rango cruzado muy grande. Esto requirió las enormes alas delta del Shuttle, que son mucho más grandes que las alas cortas del diseño original. Además de agregar resistencia y peso (casi el 20 por ciento), [15] el número excesivo de paneles térmicos necesarios para proteger las alas delta se sumó en gran medida a los costos de mantenimiento, además de aumentar los riesgos operativos, como el resultado del desastre de Columbia. [dieciséis]
- En la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg, la USAF duplicó toda la infraestructura necesaria para lanzar y dar servicio al Transbordador Espacial, a un costo de más de 4 mil millones de dólares. Después de la explosión del Challenger, la instalación fue desmantelada después de no haber lanzado una sola misión del Transbordador.
- El ingeniero aeroespacial Robert Zubrin describe el transbordador como diseñado "al revés" en el sentido de que el orbitador, la parte más difícil de recuperar, se vuelve recuperable, mientras que parte del propulsor (el tanque de combustible líquido) se desecha a pesar de que es más fácil para recuperarse ya que no vuela tan alto ni tan rápido. [17]
- El mantenimiento de las baldosas de protección térmica fue un proceso muy laborioso y costoso, con unas 35.000 baldosas que debían inspeccionarse individualmente y cada baldosa fabricada específicamente para una ranura específica en la lanzadera. [18]
- Debido a la complejidad de los motores RS-25 , después de cada vuelo era necesario retirarlo para una inspección minuciosa y un mantenimiento meticuloso. Antes de los motores Block II, su componente principal del motor, la turbobomba , tenía que quitarse, desmontarse y revisarse después de cada uso. [19] [20]
- Los propulsores tóxicos utilizados para los propulsores OMS / RCS requirieron un manejo especial, durante el cual no se pudieron realizar otras actividades en áreas que compartieran el mismo sistema de ventilación. Este aumento del tiempo de respuesta. [ cita requerida ]
- La tasa de lanzamiento fue significativamente más baja de lo esperado inicialmente. Si bien no reduce los costos operativos absolutos, más lanzamientos por año dan un costo por lanzamiento más bajo. Algunos de los primeros estudios hipotéticos examinaron 55 lanzamientos por año (ver arriba), pero la tasa máxima de lanzamiento posible se limitó a 24 por año según la capacidad de fabricación de la instalación de Michoud que construye el tanque externo . Al principio del desarrollo del transbordador, la tasa de lanzamiento esperada era de aproximadamente 12 por año. [21] Las tasas de lanzamiento alcanzaron un máximo de 9 por año en 1985, pero promediaron 4,5 para todo el programa.
- Cuando se tomó la decisión sobre los principales contratistas de transbordadores en 1972, el trabajo se extendió entre las empresas para hacer que el programa fuera más atractivo para el Congreso, como el contrato para los cohetes reforzadores sólidos de Morton Thiokol en Utah. Durante el transcurso del programa, esto elevó los costos operativos, [ cita requerida ] aunque la consolidación de la industria aeroespacial de EE. UU. En la década de 1990 significó que la mayoría del transbordador ahora estaba con una sola compañía: United Space Alliance , una empresa conjunta de Boeing y Lockheed Martin .
Problemas y cuestiones culturales
Para una tecnología exitosa, la realidad debe tener prioridad sobre las relaciones públicas, porque la naturaleza no puede ser engañada.
- Richard Feynman , Informe de la Comisión Rogers , sobre el desastre del Challenger .
Algunos investigadores han criticado un cambio generalizado en la cultura de la NASA que se aleja de la seguridad para garantizar que los lanzamientos se realicen de manera oportuna, lo que a veces se denomina " fiebre ". Al parecer, la administración de nivel superior de la NASA adoptó este enfoque de seguridad disminuido en la década de 1980, mientras que algunos ingenieros se mantuvieron cautelosos. Según la socióloga Diane Vaughan , los agresivos programas de lanzamiento surgieron en los años de Reagan como un intento de rehabilitar el prestigio de Estados Unidos después de Vietnam . [22]
El físico Richard Feynman , quien fue designado para la investigación oficial sobre el desastre del Challenger , calculó el riesgo de falla de la misión en "del orden del por ciento" en su informe, y agregó: "La administración oficial, por otro lado, afirma que creen que la probabilidad de fracaso es mil veces menor. Una razón para esto puede ser un intento de asegurarle al gobierno la perfección y el éxito de la NASA a fin de asegurar el suministro de fondos. La otra puede ser que creyeran sinceramente que era cierto, demostrando una casi increíble falta de comunicación entre ellos y sus ingenieros ". [23]
A pesar de las advertencias de Feynman, y a pesar del hecho de que Vaughan sirvió en juntas y comités de seguridad en la NASA, la cobertura de prensa posterior ha encontrado alguna evidencia de que la relativa indiferencia de la NASA por la seguridad podría persistir hasta el día de hoy. Por ejemplo, antes del desastre de Columbia , la NASA descartó el riesgo de rotura de pequeños trozos de espuma en el lanzamiento y asumió que la falta de daños por colisiones de espuma anteriores sugirió que el riesgo futuro era bajo. [24]
Operaciones de lanzadera
El Shuttle fue concebido originalmente para funcionar como un avión de pasajeros. Después del aterrizaje, el orbitador sería revisado y comenzaría a acoplarse al Tanque Externo y los Impulsores de Cohetes Sólidos , y estaría listo para el lanzamiento en tan solo dos semanas.
En la práctica, antes de la pérdida del Challenger , aproximadamente la mitad del tiempo de respuesta después de una misión eran pruebas y modificaciones no planificadas basadas en eventos inesperados que ocurrieron durante el vuelo. [25] El proceso usualmente tomaba meses; Atlantis estableció el récord anterior al Challenger al lanzar dos veces en 54 días, mientras que Columbia estableció el récord posterior al Challenger de 88 días. El objetivo del programa Shuttle de devolver a su tripulación a la Tierra de forma segura entraba en conflicto con el objetivo de un lanzamiento de carga útil rápido y económico. Además, debido a que en muchos casos no había modos de aborto con supervivencia , muchas piezas de hardware tenían que funcionar perfectamente y, por lo tanto, requerían una inspección cuidadosa antes de cada vuelo. El resultado fue un alto costo laboral, con alrededor de 25,000 trabajadores en las operaciones de Shuttle y costos laborales de aproximadamente $ 1 mil millones por año. [6]
Algunas características del transbordador que inicialmente se presentaron como importantes para el soporte de la Estación Espacial han resultado superfluas:
- Como demostraron los rusos, las cápsulas y los cohetes de suministro sin tripulación son suficientes para abastecer una estación espacial.
- La política inicial de la NASA de utilizar el transbordador para lanzar todas las cargas útiles sin tripulación disminuyó en la práctica y finalmente se suspendió. Los vehículos de lanzamiento fungibles (VLE) resultaron mucho más baratos y flexibles.
- Tras el desastre del Challenger , se descartó el uso del transbordador para transportar las potentes etapas superiores Centaur de combustible líquido planificadas para las sondas interplanetarias por razones de seguridad del transbordador. [26] [27]
- El historial de retrasos inesperados del Shuttle también lo hizo propenso a perder ventanas de lanzamiento estrechas .
- Los avances en la tecnología han hecho que las sondas sean más pequeñas y ligeras. Como resultado, muchas sondas robóticas y satélites de comunicaciones ahora pueden usar vehículos de lanzamiento desechables , como el Delta y el Atlas V , que son menos costosos y se perciben como más confiables que el Shuttle.
- Los avances en la tecnología de hoy ocurren mucho más rápido que en los años en que se desarrolló el Shuttle. Por lo tanto, la noción de que Shuttle sería útil para recuperar costosos satélites para regresar a la Tierra para su restauración y actualización con nueva tecnología está obsoleta; los costos se han reducido y las capacidades han aumentado tanto que es mucho más rentable abandonar los satélites antiguos y simplemente lanzar otros nuevos.
Accidentes
Si bien los detalles técnicos de los accidentes del Challenger y del Columbia son diferentes, los problemas organizativos muestran similitudes. Las preocupaciones de los ingenieros de vuelo sobre posibles problemas no fueron comunicadas ni comprendidas adecuadamente por los altos directivos de la NASA. El vehículo dio una amplia advertencia de antemano sobre problemas anormales. Una estructura burocrática fuertemente estratificada y orientada a los procedimientos inhibió la comunicación y la acción necesarias.
Con Challenger , una junta tórica que no debería haberse erosionado en absoluto se erosionó en lanzamientos anteriores de lanzaderas. Sin embargo, los gerentes sintieron que debido a que anteriormente se había erosionado en no más del 30%, esto no era un peligro ya que había "un margen de seguridad de factor tres " (en realidad, la pieza había fallado y no había factor de seguridad). Morton -Thiokol diseñó y fabricó los SRB, y durante una conferencia telefónica previa al lanzamiento con la NASA, Roger Boisjoly , el ingeniero de Thiokol con más experiencia con las juntas tóricas, suplicó repetidamente a la gerencia que cancelara o reprogramara el lanzamiento. Expresó su preocupación de que las temperaturas inusualmente bajas endurecerían las juntas tóricas, impidiendo un sellado completo durante la flexión de los segmentos del motor del cohete, que fue exactamente lo que sucedió en el vuelo fatal. Sin embargo, los altos directivos de Thiokol, bajo la presión de la dirección de la NASA, lo anularon y permitieron que continuara el lanzamiento. Una semana antes del lanzamiento, el contrato de Thiokol para reprocesar los propulsores de cohetes sólidos también estaba pendiente de revisión, y cancelar el vuelo era una acción que la dirección de Thiokol quería evitar. Las juntas tóricas del Challenger se erosionaron completamente como se predijo, lo que provocó la destrucción total de la nave espacial y la pérdida de los siete astronautas a bordo.
Columbia fue destruida debido a la protección térmica dañadade los escombros de espuma que se desprendieron del tanque externo durante el ascenso. No se había diseñado ni se esperaba que la espuma se desprenda, pero se había observado en el pasado que lo hacía sin incidentes. La especificación operativa original del transbordador decía que las placas de protección térmica del orbitadorno estaban diseñadas para resistir ningún impacto de escombros. Con el tiempo, los gerentes de la NASA aceptaron gradualmente más daños en las baldosas, similar a cómo se aceptó el daño de la junta tórica. La Junta de Investigación de Accidentes de Columbia llamó a esta tendencia la " normalización de la desviación ", una aceptación gradual de eventos fuera de las tolerancias de diseño de la nave simplemente porque no habían sido catastróficos hasta la fecha. [28]
El tema de baldosas térmicas faltantes o dañadas en la flota de Shuttle solo se convirtió en un problema después de la pérdida de Columbia en 2003, ya que se rompió al volver a ingresar . De hecho, los transbordadores habían regresado antes sin hasta 20 fichas sin ningún problema. STS-1 y STS-41 habían volado con baldosas térmicas faltantes de las cápsulas del Sistema de maniobras orbitales (visibles para la tripulación).
Esta imagen de los archivos de la NASA muestra varios mosaicos faltantes en los módulos STS-1 OMS. El problema en Columbia fue que el daño se debió a un impacto de espuma en el panel del borde de ataque de carbono reforzado del ala, no en las tejas térmicas. La primera misión del transbordador, STS-1, tenía un relleno de espacio que sobresalía que desviaba el gas caliente hacia el pozo de la rueda derecha al volver a entrar, lo que provocó un pandeo de la puerta del tren de aterrizaje principal derecho. [29]
Contribuyentes de riesgo
Un ejemplo de análisis de riesgo técnico para una misión STS es la iteración 3.1 de SPRA, principales contribuyentes de riesgo para STS-133: [30] [31]
- Golpes de desechos orbitales de micrometeoroides (MMOD)
- Falla catastrófica inducida por RS-25 o RS-25
- Los escombros de ascenso golpean al TPS que conducen a LOCV en órbita o entrada
- Error de tripulación durante la entrada
- Falla catastrófica RSRM inducida por RSRM (RSRM son los motores cohete de los SRB)
- Fallo de COPV (COPV son tanques dentro del orbitador que retienen gas a alta presión)
John Young y Jerry L. Ross estaban entre esos astronautas que creían que el transbordador siempre fue una nave experimental, no un vehículo operativo para vuelos espaciales de rutina, como declaró el presidente Ronald Reagan después de STS-4 . Rick Hauck dijo en 2017 que antes de STS-1 vio un análisis que estimaba el riesgo de pérdida del vehículo como uno en 280, [32] pero un estudio interno de evaluación de riesgos de la NASA (realizado por la Oficina de Garantía de Misión y Seguridad del Programa Shuttle en Johnson Space Center ) publicado a finales de 2010 o principios de 2011 concluyó que la agencia había subestimado seriamente el nivel de riesgo involucrado en la operación del Transbordador. El informe evaluó que había una probabilidad de 1 en 9 de un desastre catastrófico durante los primeros nueve vuelos del Shuttle, pero que las mejoras de seguridad habían mejorado más tarde el índice de riesgo a 1 en 90. [33] En 1984, Reagan firmó una Directiva de Decisión de Seguridad Nacional. declarando que el transbordador no estaría "en pleno funcionamiento" hasta que pudiera realizar 24 misiones al año, quizás en 1988; [25] el transbordador nunca voló con más frecuencia que las nueve misiones de 1985, [32] y promedió alrededor de seis misiones al año entre 1988 y 2003. [34]
Aunque muchos astronautas de la NASA criticaron el programa de especialistas en carga útil , en parte porque no creían que los forasteros menos entrenados fueran plenamente conscientes de los riesgos de los vuelos espaciales, es posible que los astronautas a tiempo completo tampoco lo fueran. [32] Charles Bolden se sorprendió al saber después de la pérdida de Columbia que los bordes de las alas delanteras "impenetrables" del vehículo que voló durante 14 años tenían menos de una pulgada de grosor. [35] de la NASA en octubre de 1982 predijo 37 vuelos de los transbordadores a principios de 1986, [25] pero Challenger ' pérdida de s fue el vuelo de un transbordador 25a. Hauck, con mucha experiencia volando aviones peligrosos en la Escuela de Pilotos de Pruebas Navales de los Estados Unidos , dijo: "Si supiera de antemano que uno de cada veinticinco fallaría, probablemente lo pensaría dos veces antes de volar tres (como hice) de los primeros veintiséis vuelos ". [32]
Retrospección
Si bien el sistema se desarrolló dentro de las estimaciones de costo y tiempo originales que se le dieron al presidente Richard M. Nixon en 1971, los costos operativos, la tasa de vuelo, la capacidad de carga útil y la confiabilidad en el momento del accidente de Columbia en febrero de 2003 demostraron ser mucho peores que originalmente. anticipado. [36] Un año antes del lanzamiento de STS-1 en abril de 1981, The Washington Monthly pronosticó con precisión muchos de los problemas del Shuttle, incluido un programa de lanzamiento demasiado ambicioso y, en consecuencia, un costo marginal por vuelo más alto de lo esperado; los riesgos de depender del transbordador para todas las cargas útiles, civiles y militares; la falta de un escenario de aborto con supervivencia si fallara un Solid Rocket Booster; y la fragilidad del sistema de protección térmica del Shuttle. [37] [38]
Para obtener la aprobación del Transbordador, la NASA prometió en exceso sus economías y su utilidad. Para justificar el gran costo fijo de su programa operativo, la NASA inicialmente forzó todas las cargas útiles domésticas, internas y del Departamento de Defensa al transbordador. Cuando eso resultó imposible (después del desastre del Challenger ), la NASA utilizó la Estación Espacial Internacional (ISS) como justificación para el transbordador. [39] El administrador de la NASA, Michael D. Griffin, argumentó en un documento de 2007 que el programa Saturno, de continuar, podría haber proporcionado seis lanzamientos tripulados por año, dos de ellos a la Luna, al mismo costo que el programa Shuttle, con un costo adicional. capacidad de loft de infraestructura para futuras misiones:
Si hubiéramos hecho todo esto, hoy estaríamos en Marte, sin escribir sobre él como un tema durante "los próximos 50 años". Tendríamos décadas de experiencia operando sistemas espaciales de larga duración en la órbita de la Tierra, y décadas similares de experiencia en la exploración y el aprendizaje de la utilización de la Luna. [40]
Algunos habían argumentado que el programa Shuttle tenía fallas. [41] Lograr un vehículo reutilizable con tecnología de principios de la década de 1970 obligó a tomar decisiones de diseño que comprometieron la confiabilidad y seguridad operativa. Se dio prioridad a los motores principales reutilizables. Esto requería que no se quemaran con la reentrada atmosférica, lo que a su vez hizo que montarlos en el orbitador mismo (la única parte del sistema Shuttle donde la reutilización era primordial) fuera una decisión aparentemente lógica. Sin embargo, esto tuvo las siguientes consecuencias: [ cita requerida ]
- se necesitaba un diseño de motor de "hoja limpia" más costoso, utilizando materiales más costosos, a diferencia de las alternativas existentes y probadas listas para usar (como la red Saturn V);
- aumento de los costos de mantenimiento continuo relacionados con el mantenimiento de las MIPE reutilizables en condiciones de vuelo después de cada lanzamiento, costos que en total pueden haber superado los de la construcción de motores principales desechables para cada lanzamiento.
Una preocupación expresada por la Comisión Agustín de 1990 fue que "el programa espacial civil depende demasiado del Transbordador Espacial para acceder al espacio". El comité señaló, "que era, por ejemplo, inapropiado en el caso del Challenger arriesgar la vida de siete astronautas y casi una cuarta parte de los recursos de lanzamiento de la NASA para poner en órbita un satélite de comunicaciones". [42]
Hay algunas tecnologías derivadas de la NASA relacionadas con el programa del Transbordador Espacial que se han desarrollado con éxito en productos comerciales, como el uso de materiales resistentes al calor desarrollados para proteger el Transbordador en la reentrada en trajes para bomberos municipales y de rescate de aviones. [43]
Ver también
- Buran (nave espacial)
- Skylab 4
Referencias
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enlaces externos
- Cuando la física, la economía y la realidad chocan: el desafío del acceso orbital barato
- Revisión del costo de órbita de VLE por libra
- Costos de transporte espacial: tendencias en el precio por libra a órbita
- Popular Science, noviembre de 1974, "Transbordador espacial reutilizable" por Wernher von Braun