En el campo de los cohetes , la seguridad del alcance puede estar garantizada por un sistema que está destinado a proteger a las personas y los activos tanto en el alcance del cohete como en el alcance en los casos en que un vehículo de lanzamiento pueda ponerlos en peligro. Para un cohete que se considera que está fuera de curso , la seguridad de alcance puede implementarse mediante algo tan simple como ordenar al cohete que apague el sistema de propulsión o mediante algo tan sofisticado como un Sistema de terminación de vuelo (FTS) independiente , que tiene transceptores redundantes en el lanzamiento. vehículo que puede recibir un comando para autodestruirse y luego disparar cargasen el vehículo de lanzamiento para quemar los propulsores del cohete en altitud. No todos los programas espaciales nacionales utilizan sistemas de terminación de vuelo en vehículos de lanzamiento.
Los oficiales de seguridad de alcance o RSO también están presentes en el pasatiempo de los cohetes modelo y luego generalmente son responsables de garantizar que un cohete se construya correctamente, utilizando un motor / dispositivo de recuperación seguro, y se lance correctamente. [ no verificado en el cuerpo ]
Terminación de vuelo
Algunos sistemas de lanzamiento utilizan la terminación de vuelo para la seguridad del alcance. En estos sistemas, el RSO puede ordenar de forma remota que el vehículo se autodestruya para evitar que el vehículo se desplace fuera de la zona de seguridad prescrita. Esto permite que los propulsores aún no consumidos se quemen en altitud, en lugar de que el vehículo llegue al suelo. [1]
Los vehículos espaciales para vuelos suborbitales y orbitales de los campos de pruebas oriental y occidental se destruyeron si ponían en peligro áreas pobladas al cruzar líneas de destrucción predeterminadas que abarcan el corredor de lanzamiento de vuelos seguros. Para ayudar al RSO a tomar una decisión de terminación de vuelo, hay muchos indicadores que muestran el estado del vehículo espacial en vuelo. Estos incluyeron presiones de la cámara de refuerzo, gráficos de planos verticales (más tarde suplantados por líneas de destrucción generadas por computadora) e indicadores de altura y velocidad. Apoyando al RSO para esta información estaba un equipo de apoyo de RSO que informaba desde el perfil y los cables paralelos horizontales utilizados en el despegue (antes de que el radar pudiera capturar el vehículo) e indicadores de telemetría. Después del despegue inicial, la información de vuelo se captura con radares de banda X y C, y receptores de telemetría de banda S de transmisores transportados por vehículos. En el Eastern Test Range, las antenas de Banda S y C se ubicaron en las Bahamas y hasta la isla de Antigua, luego de lo cual el vehículo espacial terminó sus etapas de propulsión o se encuentra en órbita. Se utilizaron dos interruptores, ARM y DESTRUCT. El interruptor ARM apagó la propulsión para vehículos de propulsión líquida y el DESTRUCT encendió la cuerda primaveral que rodeaba los tanques de combustible. En el caso de un vuelo tripulado, se permitiría que el vehículo vuele al apogeo antes de que se transmita el DESTRUCT. Esto permitiría a los astronautas la máxima cantidad de tiempo para su auto-eyección.
La acción principal que realizan las cargas RSO es romper los tanques de propulsor por la mitad para derramar su contenido. En el caso de propulsores con propulsores criogénicos, el sistema RSO está diseñado para romper los tanques de tal manera que se minimice la mezcla del propulsor, lo que resultaría en una explosión extremadamente violenta, específicamente al hacer que las cargas dividan los lados de los tanques abiertos como una cremallera, que derrama los propulsores y minimiza la mezcla. En los propulsores con propulsores hipergólicos, ocurre lo contrario: se fomenta la mezcla ya que estos propulsores se queman al contacto en lugar de mezclarse y luego explotar. Además, la toxicidad del propulsor hipergólico significa que es deseable que se quemen lo más rápido posible. El sistema RSO utilizado en estos impulsores funciona rompiendo el mamparo común del tanque para que el oxidante y el combustible entren en contacto y se quemen inmediatamente. [ cita requerida ]
Justo antes de la activación de las cargas de destrucción, los motores de la etapa de refuerzo también se apagan. Por ejemplo, en los lanzamientos Mercury / Gemini / Apollo de la década de 1960, el sistema RSO fue diseñado para no activarse hasta tres segundos después del corte del motor para darle tiempo al Launch Escape System para retirar la cápsula. [ cita requerida ]
Los cohetes estadounidenses a menudo tienen un sistema de destrucción Range Safety desde los primeros intentos de lanzamiento realizados desde Cabo Cañaveral en 1950. A partir de 2016, un total de 32 intentos de lanzamiento orbital de EE. UU. Terminaron en una destrucción RSO, el primero fue Vanguard TV-3BU en 1958 y el más reciente fue Cygnus CRS Orb-3 en 2014. [ cita requerida ]
Algunos vehículos de lanzamiento (por ejemplo, la familia Titan) han incluido un sistema de destrucción automática para activar en caso de que los motores de cohetes sólidos o las etapas superiores se separen prematuramente; esto es independiente del sistema RSO estándar que se activa mediante un comando manual. [ cita requerida ]
Terminación de empuje
Un tipo de sistema de seguridad de alcance menos destructivo permite que el RSO ordene de forma remota al vehículo que apague sus motores cohete propulsores . El concepto de terminación de empuje se propuso para el vehículo de lanzamiento Titan III- M que se habría utilizado en el programa del Laboratorio de órbita tripulado . [2]
Programa espacial soviético / ruso
A diferencia del programa estadounidense, los cohetes rusos no emplean un verdadero sistema de destrucción RSO. Si un vehículo de lanzamiento pierde el control, los controladores de tierra pueden emitir un comando de apagado manual o la computadora de a bordo puede ejecutarlo automáticamente. En este caso, simplemente se permite que el cohete impacte el suelo intacto. Dado que los sitios de lanzamiento de Rusia se encuentran en áreas remotas lejos de poblaciones significativas, nunca se ha considerado necesario incluir un sistema de destrucción RSO. Durante la era soviética, las etapas de cohetes gastadas o los escombros de lanzamientos fallidos se limpiaron a fondo, pero desde el colapso de la URSS, esta práctica ha caducado. [ cita requerida ]
ESA
El sitio de lanzamiento principal de la ESA se encuentra en Kourou, Guyana Francesa. Los cohetes de la ESA emplean un sistema RSO similar al estadounidense a pesar de la relativa lejanía del centro de lanzamiento. Los fallos de los cohetes de la ESA han sido infrecuentes.
Pasillo de lanzamiento
Los cohetes generalmente se lanzan a un espacio por encima del rango de lanzamiento llamado corredor de lanzamiento . Si los motores de los cohetes fallan mientras el cohete vuela dentro del corredor, el cohete cae en un área deshabitada. La falla del motor fuera del corredor de lanzamiento puede hacer que el cohete caiga sobre personas o propiedades. Por lo tanto, si el cohete está a punto de salir del corredor de lanzamiento, el RSO terminará el vuelo motorizado para garantizar que no caigan escombros fuera del corredor de lanzamiento. Esto implica el envío de mensajes codificados (normalmente secuencias de tonos de audio, que se mantienen en secreto antes del lanzamiento) a receptores UHF redundantes especiales en las diversas etapas o componentes del vehículo de lanzamiento. Al recibir una orden de "armado", los motores de cohetes de combustible líquido se apagan. Un comando de "fuego" separado detona explosivos, típicamente cargas de forma lineal , para abrir los tanques de propulsor y dispersar su contenido.
Los cohetes de combustible sólido no se pueden apagar, pero abrirlos termina el empuje aunque el propulsor continúe ardiendo.
La confiabilidad es una alta prioridad en los sistemas de seguridad de rango, con un gran énfasis en la redundancia y las pruebas previas al lanzamiento. Los transmisores de seguridad de rango operan continuamente a niveles de potencia muy altos para garantizar un margen de enlace sustancial . Los niveles de señal que ven los receptores de seguridad de alcance se verifican antes del lanzamiento y se monitorean durante todo el vuelo para garantizar márgenes adecuados. Cuando el vehículo de lanzamiento ya no es una amenaza, el sistema de seguridad de alcance generalmente está protegido (apagado) para evitar una activación inadvertida. La etapa S-IVB de los cohetes Saturn 1B y Saturn V hizo esto con un comando al sistema de seguridad de alcance para eliminar su propia energía. [3]
Aplicaciones
Los diversos países involucrados en la tecnología de vehículos de lanzamiento y misiles guiados abordan los problemas de seguridad de alcance de diversas formas .
Estados Unidos
En el programa espacial de EE. UU. , La seguridad de alcance suele ser responsabilidad de un oficial de seguridad de alcance (RSO), afiliado al programa espacial civil dirigido por la NASA o al programa espacial militar dirigido por el Departamento de Defensa , a través de su unidad subordinada los Estados Unidos. Fuerza espacial . En la NASA , el objetivo de seguridad del campo es que el público en general esté tan seguro durante las operaciones del campo como en sus actividades diarias normales. [4]
Cordilleras oriental y occidental
Para los lanzamientos desde Eastern Range , que incluye el Centro Espacial Kennedy y la Estación de la Fuerza Espacial de Cabo Cañaveral , el Oficial de Control de Vuelo de la Misión (MFCO) es responsable de garantizar la seguridad pública desde el vehículo durante su vuelo hasta la inserción orbital, o, en el caso de que el lanzamiento es de tipo balístico, hasta que todas las piezas hayan caído sin peligro a la Tierra. A pesar de un concepto erróneo común, la MFCO no es parte de la Oficina de Seguridad, sino que es parte del grupo de Operaciones del Escuadrón de Alcance del 45 ° Ala Espacial de la Fuerza Espacial , y se considera un representante directo del Comandante del Ala. La MFCO se guía en la toma de decisiones de destrucción por hasta tres tipos diferentes de gráficos de pantalla de computadora, generados por la sección de Análisis de vuelo de Seguridad de alcance. Una de las pantallas principales para la mayoría de los vehículos es una pantalla de puntos de impacto de vacío en la que los parámetros de arrastre, giros del vehículo, viento y explosión están integrados en los gráficos correspondientes. Otro incluye una pantalla de plano vertical con la trayectoria del vehículo proyectada en dos planos. Para el transbordador espacial, la pantalla principal que utiliza un MFCO es una huella continua en tiempo real, una curva simple cerrada en movimiento que indica dónde caerían la mayoría de los escombros si el MFCO destruyera el transbordador en ese momento. Esta huella en tiempo real se desarrolló en respuesta al desastre del transbordador espacial Challenger en 1986 cuando los impulsores de cohetes sólidos extraviados se separaron inesperadamente del vehículo central destruido y comenzaron a viajar fuera de rango, hacia la tierra.
La seguridad del alcance en Western Range ( Base de la Fuerza Aérea Vandenberg en California) se controla mediante un conjunto de gráficos y un sistema de visualización algo similar. Sin embargo, las MFCO de Western Range están bajo el equipo de seguridad durante los lanzamientos, y son el punto focal para todas las actividades relacionadas con la seguridad durante un lanzamiento.
Seguridad de alcance en vuelos espaciales tripulados en EE. UU.
Incluso para las misiones espaciales tripuladas de EE. UU., La RSO tiene autoridad para ordenar la destrucción remota del vehículo de lanzamiento si muestra signos de estar fuera de control durante el lanzamiento y si cruza los límites de aborto preestablecidos diseñados para proteger las áreas pobladas de daños. El orbitador del transbordador espacial estadounidense no tenía dispositivos de destrucción, pero sí los propulsores de cohetes sólidos (SRB) y el tanque externo . [2]
Después de que el transbordador espacial Challenger se rompió en vuelo , el RSO ordenó que se destruyeran los SRB que volaban libremente y sin control antes de que pudieran representar una amenaza.
A pesar de que el RSO continúa trabajando después de que el Centro Espacial Kennedy entrega el control al Control de Misión en el Centro Espacial Johnson , él o ella no se considera un controlador de vuelo . El RSO trabaja en el Centro de Control de Operaciones de Alcance en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral, y el trabajo del RSO termina cuando el misil o vehículo se mueve fuera del alcance y ya no es una amenaza para ninguna zona marítima o terrestre (después de completar el Ascenso de la Primera Etapa). ). [2]
Terminación de vuelo autónoma
Tanto ATK como SpaceX han estado desarrollando sistemas autónomos de terminación de vuelo (AFTS). Ambos sistemas utilizan un sistema controlado por computadora asistido por GPS para terminar un vuelo fuera de lo normal, complementando o reemplazando el sistema de monitoreo de humanos en el circuito más tradicional .
El Sistema de seguridad de vuelo autónomo de ATK hizo su debut el 19 de noviembre de 2013 en las instalaciones de vuelo Wallops de la NASA . El sistema fue desarrollado conjuntamente por las instalaciones de ATK en Ronkonkoma, Nueva York ; Plymouth, Minnesota ; y Promontory Point, Utah . [5]
El sistema desarrollado por SpaceX se incluyó en el vehículo de desarrollo de prototipos que SpaceX utilizó en 2013/14 para probar su programa de desarrollo de tecnología de cohetes reutilizables . [6]
En el evento, el sistema autónomo se probó por primera vez en agosto de 2014 en el propulsor de refuerzo F9R Dev1 cuando el vehículo de prueba tuvo una anomalía de vuelo en un vuelo de prueba y el sistema de control del vehículo emitió un comando para terminar, y el vehículo se autodestruyó en el aire sobre el área de prueba designada cerca de McGregor, Texas . [6]
Los sistemas de seguridad de vuelo autónomos se habían utilizado en muchos lanzamientos de SpaceX y fueron bien probados en 2017. Tanto las instalaciones de Eastern Range como Western Range de los Estados Unidos ahora están utilizando el sistema, que ha reemplazado al antiguo "personal de control de vuelo de misión con base en tierra". y equipos con fuentes de posicionamiento, navegación y cronometraje a bordo y lógica de decisión ". [7] Además, los sistemas han permitido a la Fuerza Aérea de los EE. UU. Reducir drásticamente su dotación de personal y aumentar el número de lanzamientos que pueden respaldar en un año. Ahora se pueden admitir 48 lanzamientos anuales, y el costo de los servicios de rango para un solo lanzamiento se ha reducido en un 50 por ciento. [7]
La adición de sistemas AFT en algunos vehículos de lanzamiento ha aflojado los límites de inclinación en los lanzamientos desde la Cordillera Oriental de EE . UU . A principios de 2018, la Fuerza Aérea de EE. UU. Había aprobado una trayectoria que podría permitir que se realizaran lanzamientos polares desde Cabo Cañaveral . El 'corredor polar' implicaría girar hacia el sur poco después del despegue, pasando justo al este de Miami, con un aterrizaje de primera etapa al norte de Cuba. [8] Tal trayectoria requeriría el uso de sistemas autónomos de terminación de vuelo, ya que la pluma del cohete interferiría con las señales enviadas por antenas terrestres. [9] En agosto de 2020, SpaceX demostró esta capacidad con el lanzamiento de SAOCOM 1B . [10]
En diciembre de 2019, Rocket Lab anunció que agregaron sistemas AFT en su cohete Electron . Rocket Lab indicó que cuatro vuelos anteriores tenían sistemas terrestres y AFT. El lanzamiento de diciembre de 2019 fue el primer lanzamiento con un sistema de terminación de vuelo totalmente autónomo. Todos los vuelos posteriores tienen sistemas AFT a bordo. En el caso de que el cohete se desvíe de su curso, el sistema AFT ordenaría que los motores se apagaran. [11]
Se espera que los vehículos de lanzamiento futuro como Blue Origin New Glenn y United Launch Alliance Vulcan también los tengan. [12] El Sistema de Lanzamiento Espacial de la NASA planea introducir un sistema AFT por el vuelo de Artemis 3 . [13]
Ver también
- Tecnología de seguridad de alcance de misiles balísticos
- Rango de seguridad y sistema de telemetría
Referencias
- ↑ Wenz, John (5 de mayo de 2008). "Interruptor de destrucción del transbordador espacial - NASA preparada para hacer estallar el descubrimiento" . Popularmechanics.com . Consultado el 27 de febrero de 2015 .
- ^ a b c "Informe de la COMISIÓN PRESIDENCIAL sobre el accidente del transbordador espacial Challenger" . Historia.NASA.gov . Consultado el 27 de febrero de 2015 .
- ^ Informe de evaluación de vuelo del vehículo de lanzamiento Saturn V AS-502 Misión Apolo 6 . Centro espacial George C. Marshall de la NASA. 25 de junio de 1968.
- ^ "Resumen de seguridad de alcance de la NASA" . Archivado desde el original el 30 de septiembre de 2006 . Consultado el 6 de agosto de 2008 .
- ^ "La Asamblea de seguridad de vuelo autónomo de ATK realiza el primer vuelo - ARLINGTON, Va., 19 de noviembre de 2013 / PRNewswire /" . Prnewswire.com. 2013-11-19 . Consultado el 27 de febrero de 2015 .
- ^ a b "SpaceX hace una llamada tardía para retrasar el lanzamiento de ASIASAT-6" . NASASpaceFlight.com. 2014-08-26 . Consultado el 27 de febrero de 2015 .
- ^ a b SpaceX obliga a la Fuerza Aérea a revisar la mentalidad de lanzamiento Mike Fabey, Space News, 20 de septiembre de 2017
- ^ Dean, James (31 de diciembre de 2017). "Fuerza aérea: los cohetes del cabo podrían volar nuevo corredor sur hacia los polos" . Florida Today .
Monteith no detalló la trayectoria precisa, pero dijo que involucró "un pequeño trote fuera de la plataforma" para girar hacia el sur una vez en alta mar, "y luego bordearíamos Miami". La primera etapa del cohete caería de manera segura antes de llegar a Cuba, dijo. La segunda etapa estaría tan arriba cuando sobrevolara la isla que no se requerirían permisos especiales.
- ^ Dean 2017 : "Hay una condición: los cohetes en dirección sur deben estar equipados con sistemas automatizados de terminación de vuelo, en los que las computadoras a bordo ordenan a los cohetes que se autodestruyan si se desvían de su curso. De lo contrario, las columnas de escape podrían perturbar las señales de destrucción enviadas por los tradicionales sistemas "
- ^ Clark, Stephen. "SpaceX lanza la primera misión en órbita polar desde Florida en décadas - Spaceflight Now" . Consultado el 15 de septiembre de 2020 .
- ^ "Rocket Lab presenta un sistema de terminación de vuelo totalmente autónomo" . spaceref.com . Consultado el 15 de septiembre de 2020 .
- ^ Dean 2017 : "Hoy en día, solo el cohete Falcon 9 de un solo brazo de SpaceX podría volar por el corredor polar, y la compañía no tiene planes declarados para usarlo, incluso cuando se encuentra en la mitad de una campaña de ocho lanzamientos de Vandenberg para Iridium Communications. Pero se espera que cada gran cohete esté equipado con sistemas de destrucción automatizados dentro de una década. Vulcan de United Launch Alliance, New Glenn de Blue Origin, ambos todavía en desarrollo, y Falcon Heavy de SpaceX podrían recibir autorización para volar hacia el sur en unos pocos años ".
- ^ Gebhardt, Chris (15 de agosto de 2019). "Eastern Range actualiza el estado de lanzamientos de 'Drive a 48' por año" . NASASpaceFlight.com . Consultado el 6 de enero de 2020 .
La NASA, por otro lado, tendrá que agregar esta capacidad a su cohete SLS, y Rosati dijo que la NASA está rastreando ese debut para la misión Artemis 3 en 2023.
enlaces externos
- "Evaluación de la seguridad del sitio de lanzamiento de la base de la fuerza aérea 45th Space Wing / Patrick" (PDF) . 8 de junio de 2002.
- Este artículo incluye una explicación del sistema de seguridad de alcance del transbordador espacial .
- presentación sobre el sistema de seguridad de vuelo en exhibición en el Museo del Espacio y Misiles de la Fuerza Aérea
- Estándares de seguridad de alcance de EE. UU. Para lanzamientos del gobierno de EE. UU. ( NASA y DoD ), pdf, septiembre de 2014. La FAA utiliza diferentes estándares para vuelos espaciales privados .