Lanzamiento de la Dragon SpX-5 y fallo de la recuperación de la primera etapa (Falcon 9R)
SpaceX ha lanzado hoy día 10 de enero de 2015 a las 09:47 UTC un cohete Falcon 9R (v1.1) con la nave de carga Dragon SpX-5 -también conocida como CRS-5 (Commercial Resupply Services)- con carga para la estación espacial internacional (ISS). El lanzamiento se produjo desde la rampa SLC-40 de la Base Aérea de Cabo Cañaveral de Florida. Junto con la Dragon SpX-5 se lanzaron los cubesats Flock-1d’1, Flock-1d’2, AESP-14 (Brasil) y SERPENS (Brasil), además del instrumento CATS (Cloud-Aerosol Transport System) para estudiar los aerosoles atmosféricos que estará instalado en el exterior del módulo japonés Kibo.
Pero el plato fuerte de la misión era el intento de recuperación de la primera etapa del Falcon 9, que debía aterrizar de forma controlada en una barcaza situada a tal efecto en alta mar. Después de dos vuelos de prueba en los que SpaceX demostró que era capaz de hacer amerizar un primera fase de un Falcon 9 de forma suave y guiada, esta misión tenía como objetivo llevar a cabo el primer intento de recuperación de la historia. Lamentablemente, no pudo ser. Aunque la primera etapa realizó con éxito el vuelo de regreso y realizó con éxito la fase inicial de frenado, fue incapaz de reducir su velocidad adecuadamente y acabó estrellándose contra la barcaza. Aparentemente, la etapa ‘explotó’ y resultó destruida en el proceso, aunque al menos se demostró la capacidad de realizar un guiado preciso del vehículo. Parece ser que el fallo fue debido a que las rejillas aerodinámicas de control de la parte superior de la etapa se quedaron sin fluido hidráulico justo antes del aterrizaje. Según Elon Musk la barcaza no ha resultado dañada seriamente y podrá seguir usándose en los próximos intentos.
Recordemos que SpaceX pretende recuperar las primeras etapas de los Falcon 9 para reducir el coste de cada lanzamiento. En un principio las etapas aterrizarán en esta barcaza localizada frente a las costas de Florida (su posición exacta es secreta), pero posteriormente regresarán a una plataforma construida para tal fin en tierra firme, dentro de la Base de Cabo Cañaveral.
La misión SpX-5 es la quinta de las doce misiones a la ISS que SpaceX debe llevar a cabo de acuerdo con el contrato CRS (Commercial Resupply Services) firmado con la NASA en 2008 por un valor de 1600 millones de dólares para llevar un mínimo de 20 toneladas hasta la estación. Este ha sido el noveno lanzamiento de un Falcon v1.1, el tercero de un Falcon 9R (un v1.1 con tren de aterrizaje) y el 14º de un Falcon 9. Para esta misión el Falcon 9 había sido dotado de rejillas aerodinámicas estabilizadoras en la parte superior de la primera etapa con el fin de controlar la orientación del vehículo durante la fase de retorno.
La Dragon SpX-5 llegará a la ISS dentro de dos días. Los astronautas Barry Wilmore y Terry Virts usarán el brazo robot de la estación para capturarla y acoplarla al puerto nadir del módulo Harmony. La escotilla de la nave se abrirá al día siguiente y el proceso de descarga durará unas cuatro semanas.
Dragon SpX-5
La nave Dragon SpX-5/CRS-5 es una cápsula construida por la empresa SpaceX para misiones de carga a la ISS. Tiene 5,9 metros de largo y 3,66 metros de ancho. Su masa precisa al lanzamiento sigue siendo secreta. La estimación más popular para las primeras Dragon -lanzadas por un Falcon 9 v1.0- era de unos 6650 kg, aunque las Dragon actuales lanzadas por los v1.1 deben rondar las 8 o 10 toneladas. La masa en seco del vehículo parece ser de 4,2 toneladas, siendo la masa máxima de combustible de 1680 kg (en la versión lanzada por el Falcon 9 v1.0). La nave está dividida en una cápsula presurizada de 4,4 metros de altura y 3,66 metros de diámetro, además de contar con un ‘maletero’ de 2,8 x 3,66 metros, con una envergadura de 16,5 metros una vez desplegados los paneles solares. La Dragon puede transportar 6000 kg de carga útil a la ISS repartidos entre la cápsula y el maletero. La cápsula puede traer un máximo de 2500 kg de carga a la Tierra, aproximadamente.
El volumen útil presurizado para la carga alcanza los 10 metros cúbicos, aunque también puede llevar hasta 14 metros cúbicos de carga no presurizada en la sección trasera. A diferencia de otras cápsulas tradicionales como la Soyuz o la Apolo, el sistema de propulsión está situado exclusivamente en la cápsula, por lo que la sección trasera no presurizada actúa como ‘portabultos’. Para el control de actitud y las maniobras orbitales, la cápsula está equipada con 18 propulsores Draco agrupados en cuatro conjuntos que usan tetróxido de nitrógeno y monometilhidrazina (MMH) almacenados en varios tanques con una capacidad total de 1290 kg. Los Draco funcionan con un sistema de presión mediante helio. En las maniobras de reentrada o cambio de órbita los motores pueden generar un empuje de 400 N. Un par de paneles solares localizados en la sección no presurizada generan 5 kW de potencia. La Dragon usa el sistema CUCU para comunicarse directamente con la ISS, mientras que la tripulación puede controlar la nave usando el sistema CCP (Crew Command Panel). Además, la Dragon también puede usar el sistema de comunicaciones TDRSS de satélites de comunicaciones de la NASA.
La cápsula incluye en su parte delantera un sistema de acoplamiento PCBM (Passive Common Berthing Mechanism) para unirse a los módulos del segmento norteamericano de la ISS. El sistema de acoplamiento está protegido durante el lanzamiento por un cono aerodinámico que se separa mediante pernos pirotécnicos (también usados para separar la nave del lanzador). La cápsula tiene en su base un escudo térmico primario de ablación construido usando el material PICA-X (Phenolic Impregnated Carbon Ablator) dispuesto en losetas, mientras que el resto de la cápsula está protegida por un material de ablación denominado SPAM (SpaceX Proprietary Ablative Material). Además del acceso frontal, la cápsula posee una escotilla lateral para las tareas de carga y descarga en tierra. Una vez en órbita, la Dragon abre otra escotilla que deja al descubierto las antenas y los sensores de navegación, así como el mecanismo de captura del brazo robot de la ISS. La cápsula dispone además de varios paracaídas piloto y tres paracaídas principales de 35,4 metros de diámetro para el aterrizaje. El contenedor del paracaídas está situado en la parte inferior de la cápsula, una configuración novedosa que permite mantener libre la parte frontal de la nave. La Dragon está diseñada para sobrevivir a un amerizaje en el océano Pacífico incluso en el caso de perder uno de los paracaídas. La velocidad de descenso final es de 5-5,5 m/s.
Las naves Dragon se montan en la planta de SpaceX de Hawthorne, California, donde también se encuentra el control de la misión de la empresa. El nombre de Dragon fue elegido en honor del personaje de dibujos animados Puff, el dragón mágico.
Manifiesto de carga de la Dragon CRS-5/SpX-5
Carga al lanzamiento: 2395 kg (2317 kg sin el empaquetado).
Carga presurizada en la cápsula: 1923 kg
- Carga científica: 577 kg.
- Víveres para la tripulación: 490 kg.
- Equipamiento vario: 678 kg.
- Herramientas para actividades extravehiculares: 23 kg.
- Equipamiento informático: 16 kg.
- Equipamiento para el segmento ruso: 39 kg.
- Equipamiento para actividades extravehiculares del segmento ruso: 23 kg.
Carga no presurizada: 494 kg correspondientes al instrumento CATS (Cloud-Aerosol Transport System) para el estudio de aerosoles. Este instrumento usa un láser LIDAR para analizar la distribución de la contaminación, polvo, humo y aerosoles en la atmósfera terrestre. Estará localizado en la EF (Exposed Facility) del módulo japonés Kibo (JEM).
Además de CATS, dentro de la SpX-5 viajan otros experimentos dedicados al estudio de la regeneración de tejidos de gusanos planos, al comportamiento de moscas de la fruta (Fruit Fly Lab-01), para la investigación de las interacciones entre organismos huéspedes y bacterias (Micro-5) y otro dedicado al estudio del crecimiento en microgravedad de las placas asociadas con la enfermedad del Alzheimer (NanoRacks-SABOL).
Carga al regreso: 1662 kg (1332 kg sin empaquetado).
- Carga científica: 752 kg.
- Carga de la tripulación: 21 kg.
- Carga varia: 232 kg.
- Herramientas para actividades extravehiculares: 86 kg.
- Equipamiento informático: 1 kg.
- Equipamiento ruso: 35 kg.
- Basura: 205 kg.
Falcon 9R (v1.1)
El Falcon 9R es una versión modificada del Falcon 9 v1.1 dotada de un tren de aterrizaje en la primera etapa para poder ser reutilizada (además de otros sistemas asociados con la fase de retorno). El Falcon v1.1 es un lanzador de dos etapas capaz de situar 13,15 toneladas en órbita baja (LEO) o 4850 kg en una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) lanzado desde Cabo Cañaveral. Tiene una masa al lanzamiento de 505,85 toneladas, una altura de 63,3 metros de altura (con la nave Dragon) y 3,7 metros de diámetro. Quema queroseno (RP-1) y oxígeno líquido en sus dos etapas. El fuselaje está fabricado en una aleación de aluminio-litio, mientras que la cofia y la estructura entre las dos fases está hecha de fibra de carbono. Todos los elementos importantes del cohete han sido fabricados en EEUU por SpaceX. El sistema de separación de etapas y la cofia (en misiones de carga) es neumático y no usa dispositivos pirotécnicos, práctica habitual en la mayoría de lanzadores. De esta forma se minimizan las vibraciones en la estructura y, de acuerdo con SpaceX, se logra una mayor fiabilidad. El Falcon 9 puede ser lanzado desde la rampa SLC-40 de de Cabo Cañaveral (Florida) y desde la SLC-4E de la Base de Vandenberg (California), aunque en el futuro también despegará desde un nuevo centro de lanzamiento situado en Boca Chica (Texas). El precio de cada lanzamiento del Falcon 9 es de 56,5 millones de dólares de acuerdo con los datos suministrados por SpaceX.
El nombre de Falcon viene de la famosa nave Halcón Milenario de las películas de Star Wars. La existencia de la versión Falcon 9 v1.1 fue hecha pública el 14 de mayo de 2012 cuando la NASA anunció que había modificado el contrato con SpaceX en vista de la intención de la compañía de introducir un nuevo diseño mejorado del Falcon 9 distinto al presentado en el contrato original. Oficialmente, la denominación de este lanzador no es Falcon 9 v1.1, sino simplemente ‘Falcon 9 mejorado’ (upgraded Falcon 9), aunque en realidad se trata de un vector completamente distinto.
La primera etapa dispone de nueve motores Merlin 1D de ciclo abierto que generan un empuje de 5885 kN al nivel del mar o 6672 kN en el vacío. Los nueve motores están dispuestos en una configuración octogonal denominada octaweb, con un motor adicional en el centro. Como comparación, en el Falcon 9 v1.0 los nueve Merlin 1C estaban situados en una matriz rectangular de 3 x 3. Con el octaweb se minimizan los riesgos en caso de explosión de un motor. De acuerdo con SpaceX, los Merlin 1D son más eficientes y baratos que los Merlin 1C. Al igual que éstos, los Merlin 1D tienen capacidad para soportar varios encendidos, lo que permite probarlos en la rampa antes de cada lanzamiento (una práctica única en el mundo) y, eventualmente, permitir la recuperación de la primera etapa. El Falcon 9 puede perder un motor durante el lanzamiento y aún así completar su misión, siendo el único cohete en servicio con esta capacidad. Los nueve motores Merlin funcionan durante 180 segundos.
La segunda etapa dispone de un único motor Merlin 1D adaptado al vacío (Merlin 1D Vacuum) con un empuje de 801 kN. Funciona durante 375 segundos. La cofia mide 13,1 x 5,2 metros y está fabricada en fibra de vidrio. La sección de unión entre las dos etapas está hecha de fibra de carbono unidas a un núcleo de aluminio.
Fases del lanzamiento:
- T- 28 horas: se activa la cápsula Dragon.
- T- 10 horas: se activa el Falcon 9.
- T- 3 h: comienza la carga de queroseno (RP-1) en el Falcon 9.
- T- 2 h 35 min: comienza la carga de oxígeno líquido (LOX).
- T- 1 h 30 min: finaliza la carga de queroseno y oxígeno líquido en el Falcon 9.
- T- 10 min: comienza la secuencia de lanzamiento automática del Falcon 9.
- T- 10 min: comienza la secuencia automática de la Dragon.
- T- 2 min: el director de lanzamiento de SpaceX autoriza el despegue.
- T- 2 min: el oficial de seguridad de la USAF (RCO) autoriza el lanzamiento.
- T- 1 min: el ordenador de vuelo se prepara para el despegue y se activa el sistema de supresión de sonido en la rampa mediante agua (sistema Niágara).
- T- 40 s: se presurizan los tanques de propelentes.
- T- 3 s: comienza la secuencia de encendido de los 9 motores Merlin del Falcon 9.
- T- 0 s: despegue.
- T+ 1 min 25 s: máxima presión dinámica (Max Q) sobre el vehículo.
- T+ 3 min: apagado de los motores de la primera etapa (MECO).
- T+ 3 min 5 s: separación de la primera etapa.
- T+ 3 min 12 s: encendido del motor Merlin de la segunda etapa.
- T+ 3 min 52 s: eyección del cono aerodinámico frontal de la Dragon.
- T+ 9 min 11 s: apagado de la segunda etapa (SECO).
- T+ 9 min 46 s: separación de la Dragon.
- T+ 10 min: despliegue de los contenedores P-POD con los CubeSats.
- T+ 11 min 45 s: despliegue de los paneles solares.
- T+ 2 h 26 min 46 s: apertura de la compuerta de los sensores GNC (Guidance and Navigation Control) para guiar los sistemas de navegación de la nave.
Día 2
Encendido de los motores Draco de la cápsula Dragon para circularizar la órbita.
Día 3
- Se activan los sistemas CUCU (COTS Ultra-High Frequency Communication Unit) y de comunicaciones por UHF para comunicarse con la ISS.
- La Dragon enciende los motores y se sitúa a 2,5 km de la estación, donde permanece estacionaria hasta que se decide continuar o no.
- La Dragon enciende los motores y se sitúa a 1,2 km, donde volverá a permanecer estacionaria hasta recibir la autorización.
- Otro encendido introduce la Dragon en el elipsoide de aproximación de la ISS. Otra parada de decisión.
- La Dragon permanece estacionaria a 250 metros mientras los sensores Lídar fijan sus blancos en la ISS para la aproximación final.
- La Dragon se sitúa en la vertical inferior de la ISS (R-Bar) y comienza a aproximarse a la ISS.
- La nave se vuelve a parar a 30 metros de distancia mientras se decide si continuar el acoplamiento.
- La Dragon se sitúa a 10 metros de la estación, donde será capturada por el brazo robot SSRMS de la ISS operado por los astronautas desde el interior.
- La nave es acoplada al puerto nadir del módulo Harmony de la ISS.
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