Nota del editor: esta publicación invitada fue escrita por Lukas Davia y Marijn Achternaam.
Al escribir "cohetes reutilizables" en un motor de búsqueda, no puede evitar sentirse atraído por el atractivo de los enlaces relacionados con SpaceX que llenan la pantalla. La razón de esto es comprensible: con la muerte del transbordador espacial y la falta de una planificación clara para el futuro por parte de la mayoría de los jugadores viejos en el campo de los vuelos espaciales, el plan directo a corto plazo de SpaceX y las pruebas de vuelo anteriores los convierten en los favoritos de todos para reducir drásticamente el costo de orbitar con cohetes que regresan a casa, listos para ser reutilizados.
Y con el próximo lanzamiento del 14o cohete Falcon 9 de SpaceX el 6 de enero que lleva a Dragon a la ISS, el potencial para la verdadera reutilización del cohete está ciertamente al alcance por primera vez en los cerca de 90 años desde que Goddard lanzó el primer cohete de combustible líquido del mundo Massachusetts en 1926. Sin embargo, ahora es un momento más importante que nunca para moderar nuestras expectativas sobre la posibilidad de que los cohetes vuelvan a la plataforma de lanzamiento. Si bien una revolución de cohetes puede estar entre nosotros, es un proceso iterativo de varios pasos que trasciende cualquier misión, y no deberíamos esperar ver una reutilización regular de tipo aerolínea y grandes caídas de costos en el corto plazo.
Cabe señalar que Elon Musk, a pesar de todos sus logros asombrosos, nunca ha puesto una línea de tiempo dura y rápida sobre cuándo estaría disponible un cohete barato y accesible, y mucho menos un precio sólido. ¿Por qué? Simplemente porque estamos entrando en un territorio que permanece inexplorado.
El único vehículo de lanzamiento en la historia que se ha vuelto a volar varias veces después de alcanzar la órbita fue el transbordador espacial. A pesar de reutilizar con mucho la parte más cara de cualquier cohete, los motores y los sistemas asociados, el Shuttle costó al menos $ 450 millones de lanzamiento según la NASA, con una carga útil relativamente pequeña de 24 toneladas métricas a la órbita terrestre baja, o casi $ 19,000 por kilogramo . Incluyendo los costos de desarrollo, sumados y divididos por vuelo, el precio de lanzamiento puede promediar hasta $ 1.5 mil millones, o tres veces la cantidad declarada por la NASA. Lo que se suponía que reduciría drásticamente el costo por kilogramo de elevar la carga a la órbita terminó siendo uno de los vehículos de lanzamiento más caros de la historia humana. ¿Por qué se volvió tan caro?
La concepción del transbordador espacial fue el resultado de un matrimonio entre la NASA, la Fuerza Aérea y otros socios. Cada uno quería sus propias especificaciones de diseño, que terminaron produciendo un vehículo manejable sin un propósito bien definido, y se convirtió en el "todo" de la industria espacial. Principalmente, fue que la cantidad de mantenimiento requerida después de cada misión fue subestimada por la NASA. Después de cada vuelo, todo el vehículo tuvo que ser reconstruido esencialmente: se reemplazaron los azulejos, se inspeccionaron los motores, se reacondicionaron los refuerzos. En particular, el trío de motores principales RS-25 tuvo que ser desarmado y revisado para detectar cualquier posible defecto que pudiera causar una falla, y cuando las cosas se rompieron, no había una línea de suministro saludable que pudiera reemplazarlos fácilmente, causando el El costo de los repuestos se disparó, y mantener una fuerza laboral lista y capaz de restaurar el Shuttle se convirtió rápidamente en un sumidero de dinero que la NASA nunca pudo recuperar.
Sin embargo, SpaceX no es la NASA. Han introducido un enfoque de desarrollo más ágil y receptivo para sus productos que ha tenido un éxito abrumador. También tienen años de proyectos anteriores (de múltiples fuentes) para aprender de que la NASA no lo hizo. Sin embargo, estos no son problemas que simplemente se pueden evitar. Más bien, son cuestiones fundamentales que deben abordarse: no hay escapatoria a los límites de la física.
Un tema común de las declaraciones de Musk es la audaz aspiración de revolucionar el modelo de "un solo uso y tirarlo" que ha dominado la industria de los cohetes desde el principio, transformándolo en algo más relacionado con un modelo de aerolínea basado en servicios. Esta es una gran tarea, incluso para los estándares de Iron Man.
Muchos fanáticos muestran una subestimación de las barreras de entrada. De hecho, en una encuesta reciente realizada en la comunidad de fanáticos de SpaceX en Reddit.com, cuando se les pidió que hicieran una suposición informada sobre el precio del lanzamiento de un cohete Falcon 9 dentro de 5 años, una porción significativa de los casi 600 encuestados seleccionó un valor por debajo de $ 20,000,000. Algunos incluso seleccionaron precios por debajo de $ 10,000,000. Aunque COO de SpaceX, Gwynne Shotwell ha mencionado de pasada que los lanzamientos reutilizables de Falcon 9 podrían llegar a tener un precio de $ 5-7 millones, esto es probablemente en el futuro, mucho más allá del comienzo de los cohetes reutilizables. Por alguna perspectiva, hace cinco años en 2010, SpaceX lanzó dos cohetes Falcon 9. El año pasado, lanzaron seis y, de repente, para 2020, ¿el costo de un lanzamiento estándar de Falcon 9 será tres veces más barato? ¿De dónde viene esta aceleración extra en el desarrollo? Posiblemente proviene de las mentes de algunos fanáticos un poco demasiado optimistas.
De hecho, algo tan básico como el mantenimiento a largo plazo del motor aún es relativamente desconocido. Anteriormente, SpaceX había aclarado que cada motor tiene una vida de aproximadamente 40 disparos, y un observador casual supondría que esto da como resultado un motor que puede usarse en 40 misiones. Sin embargo, con tres incendios de prueba del motor antes de cada lanzamiento, el lanzamiento en sí y las tres quemaduras necesarias para completar el proceso de reentrada y re-aterrizaje, el motor central debe disparar 7 veces para completar una misión, y con nueve motores en cada etapa inferior, incluso con la mayoría solo disparando unas pocas veces, lo que resulta en una gran cantidad de piezas que pueden averiarse después de cada vuelo. Verificar estas fallas y repararlas podría ser mucho más costoso y lento de lo que uno podría esperar.
Por ejemplo, con un diámetro de 3,66 my una altura de aproximadamente 42 metros, hay cerca de 500 metros cuadrados de superficie de la primera etapa que se ha expuesto por un lado a las frías temperaturas del oxígeno líquido y el queroseno frío, y por el otro , varias temperaturas desde el reingreso a la atmósfera baja y espesa. De hecho, ¡incluso la acumulación de hielo en la piel exterior del vehículo solo es lo suficientemente significativa como para alterar sustancialmente la masa del vehículo! Dentro de esa gran área, la fatiga por tracción, termodinámica y relacionada con la presión tiene el potencial de acumularse. Las estrías podrían nuclearse y formar grietas finas. Este es un peligro que podría conducir a una falla crítica en una misión operativa, y tal evento podría arraigar permanentemente una asociación entre el naciente cohete reutilizable y la inestabilidad en las mentes de los operadores de satélites y la industria de seguros. Y aunque Falcon 9 podría considerarse sobre-diseñado, es poco probable que SpaceX juegue a la ruleta de cohetes.
Aunque el ingeniero jefe del cohete calculó la probabilidad de éxito del lanzamiento de una moneda, tras el esperanzador aterrizaje propulsor del CRS-5 en el recientemente bautizado "buque de aterrizaje autónomo con drones", la primera etapa vacía probablemente será enviada de regreso a la sede de SpaceX en Hawthorne, California, e inspeccionada con varios métodos de análisis destructivos y no destructivos para cuantificar cómo los rigores de acelerar a una velocidad de casi 2 kilómetros por segundo en menos de tres minutos y luego desacelerar lo suficiente, volver a entrar en la atmósfera, aterrizar cerca del mar y la sal , afectar el vehículo.
Otro ejemplo de un posible costo de renovación radica en el combustible elegido por SpaceX, el queroseno. Se quema relativamente sucio, como lo demuestra el pilar translúcido de hollín marrón-negro sobre el que asciende el Falcon 9, un retroceso a los días de los primeros aviones. Esto conduce a un efecto predominantemente asociado con los motores kerolox conocidos como "coquización", donde el hollín de combustión incompleta se adhiere al motor y a la boquilla casi fundidos, reduciendo su capacidad de irradiar calor. ¿Limpiarlo, dices? Felicitaciones, acaba de introducir la renovación en la ecuación, algo que SpaceX se esfuerza por evitar.
¡Incluso ignorando el vehículo en sí, los lanzamientos y los productos químicos necesarios son caros! Existe el helio a un precio exorbitante que se requiere para mantener los tanques presurizados, y el líquido de ignición pirofórico TEA-TEB solía comenzar el explosivo matrimonio entre el RP-1 y LOX. Tampoco son solo productos químicos. También hay costos de operación de lanzamiento al suelo, que van desde los salarios de los empleados, hasta el proceso aburrido de las solicitudes de permisos, hasta la pintura ablativa un poco más interesante que recubre la estructura del transportador-erector que mantiene vertical al Falcon 9, hasta los costos de transporte y reubicación. Con toda probabilidad, los gastos de capital actuales de un solo lanzamiento solo, ignorando el valor obvio del cohete en sí, totalizan más de $ 3 millones.
Fundamentalmente, debemos desacoplar el re-aterrizaje, la renovación, la reutilización y la reutilización financiera viable y rápida entre nosotros. Puede ser un concepto difícil de comprender que los cuatro son distintos, y el éxito de uno no implica que el próximo paso esté garantizado. Debido a esto, aún quedan signos de interrogación sobre el costo, el tiempo y la complejidad de los pasos finales necesarios para que SpaceX complete su plan maestro de cohete reutilizable. Por ejemplo: volver a aterrizar un cohete no necesariamente hace que la renovación sea inexistente. Esta es la historia del transbordador espacial.
Un aterrizaje solo no revoluciona los cohetes; más bien, solo podemos darnos cuenta de que la revolución de refinar los cohetes en un modelo similar a una línea aérea ha ocurrido bien solo mirando hacia atrás en el espejo retrovisor.
Vivimos con la esperanza de que SpaceX logre lo que originalmente se propuso hacer hace casi 13 años. SpaceX se ha acercado mucho, mucho más que nadie a este objetivo, pero como el mismo Musk ha dicho, "los cohetes son duros". Buena suerte al equipo de SpaceX para su próximo lanzamiento de CRS-5 y el intento de aterrizaje, es el comienzo de algo mucho más grande.
Escrito por Lukas Davia y Marijn Achternaam
Biografía: cuando no hace malabares con ser un estudiante de ingeniería de software y desarrollador web a tiempo completo en Nueva Zelanda, Lukas Davia es un adicto a SpaceX y se puede encontrar contribuyendo a Reddit community / r / SpaceX, agregando a su sitio web SpaceXStats.com y creando infografías. ¡Lo creas o no, él también encuentra tiempo para salir y caminar en su tiempo libre!
Marijn Achternaam es un estudiante holandés, autoproclamado ingeniero de sillón y fanático de los vuelos espaciales que con frecuencia se puede encontrar contribuyendo a las comunidades / r / space y / r / SpaceX Reddit.
