El despegue vertical, aterrizaje vertical ( VTVL ) es una forma de despegue y aterrizaje de cohetes. Han volado varias naves VTVL. El cohete VTVL más conocido y comercialmente exitoso es la primera etapa Falcon 9 de SpaceX . [ cita requerida ]
Las tecnologías VTVL se desarrollaron sustancialmente con pequeños cohetes después de 2000, en parte debido a concursos de premios de incentivo como el Lunar Lander Challenge . Masten Space Systems , Armadillo Aerospace y otros desarrollaron pequeños cohetes VTVL exitosos .
A partir de mediados de la década de 2010, VTVL se encontraba en un intenso desarrollo como tecnología para cohetes reutilizables lo suficientemente grandes como para transportar personas . En 2013, SpaceX demostró un aterrizaje vertical en un prototipo de Falcon 9 después de escalar 744 metros en el aire. [1] Más tarde, Blue Origin ( New Shepard ) y SpaceX ( Falcon 9 ), ambos demostraron la recuperación de los vehículos de lanzamiento después de las operaciones de regreso al sitio de lanzamiento (RTLS), con el cohete de refuerzo New Shepard de Blue Origin realizando el primer aterrizaje vertical exitoso en noviembre. El 23 de noviembre de 2015 , tras un vuelo que llegó al espacio exterior , y el vuelo 20 del Falcon 9 de SpaceX marcó el primer aterrizaje de un propulsor orbital comercial aproximadamente un mes después, el 22 de diciembre de 2015.
Los cohetes VTVL no deben confundirse con aeronaves que despegan y aterrizan verticalmente que utilizan el aire para apoyo y propulsión, como helicópteros y reactores de salto que son aeronaves VTOL .
Historia
- 1961 Bell Rocket Belt , demostración del cinturón personal de cohetes VTVL. [2]
- Los conceptos de cohetes VTVL fueron estudiados por Philip Bono de Douglas Aircraft Co. en la década de 1960. [3]
- El Módulo Lunar Apollo fue un vehículo VTVL de dos etapas de la década de 1960 para aterrizar y despegar de la luna.
- El Grupo de Ciencia y Tecnología de Defensa de Australia lanzó con éxito el cohete Hoveroc el 2 de mayo de 1981 en una prueba en Port Wakefield, Australia del Sur. [4] Era capaz de "una trayectoria de vuelo controlada dentro de un plano horizontal y terminando, si es necesario, en un descenso controlado". [5]
- La Unión Soviética hizo algunos trabajos de desarrollo, pero nunca voló, una cápsula tripulada de aterrizaje vertical llamada Zarya a fines de la década de 1980. [6]
- El McDonnell Douglas DC-X era un prototipo de vehículo de lanzamiento VTVL no tripulado que voló con éxito varios vuelos de prueba en la década de 1990. En junio de 1996, el vehículo estableció un récord de altitud de 3,140 metros (10,300 pies), antes de realizar un aterrizaje vertical. [7]
- Rotary Rocket probó con éxito un sistema de aterrizaje vertical para su diseño Roton, basado en un sistema de helicóptero con punta de cohete en 1999, pero no pudo recaudar fondos para construir un vehículo completo.
- 13 de junio de 2005 Se anuncia el vehículo de lanzamiento reutilizable suborbital VTVL Blue Origin [8]
- 2005 Blue Origin Charon, un vehículo de prueba propulsado por motor a reacción, verificó la guía autónoma y las tecnologías de control más tarde utilizadas en los cohetes VTVL de Blue Origins. [9]
- 2006, 2007 Blue Origin Goddard, un demostrador de subescala para el posterior vehículo suborbital New Shephard, realizó 3 vuelos con éxito antes de retirarse. [10]
- Durante 2006-2009, Armadillo Aerospace 's Scorpius / Súper Mod, Masten Space Systems ' Xombie y bola azul de Rocket irrazonable volar cohetes VTVL competido en el Northrop Grumman / NASA Lunar Lander Challenge . Los diseños posteriores de VTVL, incluidos Xaero de Masten y Stig de Armadillo, estaban destinados a vuelos de mayor velocidad a altitudes suborbitales más altas. [11]
- SpaceX anunció planes en 2010 para instalar finalmente un tren de aterrizaje desplegable en la nave espacial Dragon y usar los propulsores del vehículo para realizar un aterrizaje en tierra. [12]
- En 2010, se ofrecieron tres naves VTVL a la NASA en respuesta a la solicitud del vehículo de lanzamiento reutilizable suborbital (sRLV) de la NASA bajo el Programa de Operaciones de Vuelo de la NASA: el Blue Origin New Shepard , el Masten Xaero y el Armadillo Super Mod . [13]
- Morpheus es un proyecto de la NASA de la década de 2010 que desarrolla un banco de pruebas vertical que demuestra nuevos sistemas de propulsión de propulsores ecológicos y tecnología autónoma de detección de peligros y aterrizaje. [14]
- Mighty Eagle fue un prototipo robótico de aterrizaje de principios de la década de 2010 que estaba siendo desarrollado por la NASA en agosto de 2012. [15]
- SpaceX anunció en septiembre de 2011 que intentarían desarrollar el descenso y la recuperación motorizados de ambas etapas del Falcon 9 , con una cápsula VTVL Dragon también. [16] [17]
- 2012: El cohete Grasshopper de SpaceX fue un vehículo de prueba de refuerzo de primera etapa de VTVL desarrollado para validar varios aspectos de ingeniería de baja altitud y baja velocidad de su tecnología de cohetes reutilizables para vehículos grandes . [18] El vehículo de prueba realizó con éxito ocho vuelos de prueba [19] en 2012-2013. Grasshopper v1.0 realizó su octavo y último vuelo de prueba el 7 de octubre de 2013, volando a una altitud de 744 metros (2,441 pies) (0,46 millas) antes de realizar su octavo aterrizaje exitoso en VTVL. [20]
- 2013-2017: DragonFly fue un prototipo de artículo de prueba propulsado por cohetes de baja altitud para una versión con aterrizaje propulsivo de la cápsula espacial SpaceX Dragon . Tenían la intención de utilizar posteriormente la tecnología en Dragon 2 , su cápsula espacial reutilizable con tripulación de segunda generación , para aterrizar después de regresar del espacio, así como un sistema de aborto de lanzamiento . El prototipo DragonFly se utilizó para pruebas de vuelo de propulsión a baja altitud en 2014 y 2015. [21] Sin embargo, el desarrollo se abandonó a mediados de 2017. [22]
- 2014: El vehículo de desarrollo reutilizable Falcon 9 de SpaceX era aproximadamente 50 pies más largo que el Grasshopper y se construyó sobre su tanque de refuerzo Falcon 9 v1.1 de tamaño completo , con patas de aterrizaje de diseño de vuelo y propulsores de nitrógeno gaseoso para controlar la actitud del propulsor . El F9R Dev1 realizó su primer vuelo de prueba en abril de 2014, a una altitud de 250 metros (820 pies) antes de realizar un aterrizaje vertical nominal. [23]
- El 23 de noviembre de 2015, Blue Origin 's New Shepard cohete hizo el primer aterrizaje vertical éxito después de un vuelo de prueba suborbital no tripulado que alcanzó el espacio . [24]
- El 21 de diciembre de 2015, la primera etapa número 20 del Falcon 9 de SpaceX realizó el primer aterrizaje vertical exitoso de un propulsor de clase orbital después de impulsar 11 satélites comerciales a la órbita terrestre baja en el vuelo 20 del Falcon 9 . [25]
- El 8 de abril de 2016, el Falcon 9 de SpaceX realizó el primer aterrizaje exitoso en su nave autónoma de puerto espacial como parte de la misión de reabastecimiento de carga SpaceX CRS-8 a la Estación Espacial Internacional . [26]
- Desde 2017, DLR , CNES y JAXA están desarrollando un demostrador de cohetes VTVL reutilizable llamado CALLISTO ( Acción cooperativa que conduce a la innovación del lanzador en operaciones de retroceso por etapas). [27]
- En enero de 2018, la empresa espacial privada china LinkSpace probó con éxito su cohete orbital experimental reutilizable con un despegue vertical y aterrizaje vertical (VTVL) exitoso [28]
- El 6 de febrero de 2018, SpaceX aterrizó con éxito dos de sus primeros propulsores de etapa durante su vuelo de demostración del Falcon Heavy . [29]
- En 2018, ISRO reveló detalles sobre el vehículo de prueba ADMIRE para el que se estaba desarrollando un sitio de prueba y aterrizaje. El vehículo tendrá retropropulsión supersónica, patas de aterrizaje retráctiles especiales que actuarán como aletas de rejilla orientables y será guiado por un sistema de navegación integrado que tendrá un altímetro láser y un receptor NavIC. [30]
- A baja altura VTVL prueba de la gran 9 metros (30 pies) de diámetro Starhopper , un artículo de prueba temprana para el SpaceX Starship , se produjo en la de Texas Sitio de lanzamiento de SpaceX del Sur , cerca de Brownsville, Texas , en julio y agosto de 2019 vuelos de hasta ~ Se hicieron 150 m (490 pies). [31] [32] [33]
- En agosto de 2020, SpaceX comenzó a probar sus prototipos de Starship . SN5, SN6 y SN15 realizaron lanzamientos y aterrizajes exitosos de VTVL, mientras que SN8, SN9, SN10 y SN11 fueron destruidos debido a fallas en el aterrizaje. [34] [35] [31] [36]
Tecnología de aterrizaje vertical
La tecnología requerida para lograr aterrizajes retropropulsivos —el aterrizaje vertical o adición "VL" a la tecnología estándar de despegue vertical (VT) de las primeras décadas de vuelos espaciales tripulados — tiene varias partes. Primero, el empuje debe ser mayor que el peso, segundo, normalmente se requiere que el empuje sea vectorial y requiere cierto grado de estrangulamiento . La guía debe ser capaz de calcular la posición y la altitud del vehículo, pequeñas desviaciones de la vertical pueden causar grandes desviaciones de la posición horizontal del vehículo. Los sistemas RCS suelen ser necesarios para mantener el vehículo en el ángulo correcto. SpaceX también usa aletas de rejilla para controlar la actitud durante el aterrizaje de sus propulsores Falcon 9 .
También puede ser necesario poder encender motores en una variedad de condiciones que potencialmente incluyen vacío , hipersónico , supersónico , transónico y subsónico . [37]
El peso adicional del combustible, el tanque más grande, las patas de aterrizaje y sus mecanismos de despliegue generalmente reducirán el rendimiento de un sistema de aterrizaje suave en comparación con los vehículos prescindibles , en igualdad de condiciones. El principal beneficio de la tecnología se ve en el potencial de reducciones sustanciales en los costos de los vuelos espaciales como resultado de poder reutilizar cohetes después de aterrizajes exitosos de VTVL. [38]
Cultura popular
El aterrizaje vertical de naves espaciales fue el modo predominante de aterrizaje de cohetes previsto en la era anterior a los vuelos espaciales . Muchos autores de ciencia ficción , así como representaciones en la cultura popular, mostraban cohetes aterrizando verticalmente, generalmente descansando después de aterrizar en las aletas del vehículo espacial . Este punto de vista estaba lo suficientemente arraigado en la cultura popular que en 1993, después de un exitoso vuelo de prueba a baja altitud de un prototipo de cohete, un escritor opinó: "El DC-X se lanzó verticalmente, flotó en el aire ... La nave espacial se detuvo a mitad de camino. aire de nuevo y, cuando los motores se desaceleraron, comenzó su aterrizaje vertical exitoso. Al igual que Buck Rogers ". [39] En la década de 2010, los cohetes SpaceX también han visto la denominación de esta noción de cultura popular de Buck Rogers en una "Búsqueda para crear un cohete reutilizable 'Buck Rogers' ". [40] [41]
Ver también
- CORONA
- Kankoh-maru - VTVL [42]
- Chrysler SERV
Referencias
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OBSERVE: Grasshopper vuela a su altura más alta hasta la fecha: 744 m (2441 pies) hacia el cielo de Texas. http://youtu.be/9ZDkItO-0a4 Esta fue la última prueba programada para la plataforma Grasshopper; lo siguiente serán las pruebas a baja altitud del vehículo de desarrollo Falcon 9 Reusable (F9R) en Texas, seguidas de las pruebas a gran altitud en Nuevo México.
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El vuelo del F9R Dev 1 del 17 de abril, que duró menos de 1 minuto, fue la primera prueba de aterrizaje vertical de una primera etapa recuperable del Falcon 9 v1.1 representativa de la producción, mientras que el vuelo de carga del 18 de abril a la ISS fue la primera oportunidad para SpaceX. para evaluar el diseño de patas de aterrizaje plegables y propulsores mejorados que controlan el escenario durante su descenso inicial.
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El DC-X se lanzó verticalmente, flotó en el aire a 150 pies y comenzó a moverse hacia los lados en un trote de perros. Después de viajar 350 pies, la unidad satelital de posicionamiento global a bordo indicó que el DC-X estaba directamente sobre su punto de aterrizaje. La nave espacial se detuvo de nuevo en el aire y, cuando los motores se aceleraron, comenzó su aterrizaje vertical exitoso. Como Buck Rogers.
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enlaces externos
- Astronautix.com - Lista de conceptos de cohetes VTVL del pasado
- Hobbyspace.com - Desarrollo de cohetes VTVL en todo el mundo