Transbordador espacial

El transbordador espacial Discovery despega al comienzo de la misión STS-120.
Características
Funcionalidad	Sistema de lanzamiento y reentrada parcialmente re-utilizable
Fabricante	United Space Alliance: Thiokol/Alliant Techsystems (SRBs) Lockheed Martin (Martin Marietta) – (ET) Rockwell/Boeing (orbitador)
País de origen	Estados Unidos
Medidas
Altura	56,1 m (184 ft)
Diámetro	8,69 m (28,5 ft)
Masa	2.030 t (4.470.000 lb)
Etapas	2
Capacidad
Carga útil en OTB	24.400 kg (53.600 lb)
Carga útil hacia GTO	3.810 kg (8.390 lb)
Historia del despegue
Estado	Activo
Lugar	LC-39, Kennedy Space Center SLC-6, Vandenberg AFB (no usada)
Lanzamientos totales	128
Con éxito	127
Fracasos	1 (fallo en el lanzamiento, Challenger)
Otros	1 (fallo en la reentrada, Columbia)
Vuelo inagural	12 de abril de 1981
Cargas destacables	Tracking and Data Relay Satellites Spacelab Grandes Observatorios Galileo Magellan componentes de la ISS
Propulsores (Etapa 0) - Cohetes aceleradores sólidos
Propulsores	2
Motores	1 sólido
Fuerza de despegue	12,5 MN cada uno, despegue al nivel del mar (2.800.000 lbf)
Impulso específico	269 s
Tiempo de combustión	124 s
Combustible	sólido
Primera Etapa - Tanque externo
Motores	(ninguno) (3 SSMEs situados en el Orbitador)
Fuerza de despegue	5,45220 MN total, despegue al nivel del mar (1.225.704 lbf)
Impulso específico	455 s
Tiempo de combustión	480 s
Combustible	LOX/LH2
Segunda etapa - Orbitador
Motores	2 OME
Fuerza de despuegue	53,4 kN de empuje combinado total en el vacio (12.000 lbf)
Impulso específico	316 s
Tiempo de combustión	1250 s
Combustible	MMH/N2O4

El sistema de Transbordador espacial de la NASA (en inglés: Space Transport System, STS o Space Shuttle) forma parte del programa del transbordador espacial, siendo la primera nave espacial reutilizable y la primera capaz de poner satélites en órbita (aunque una órbita baja), y traerlos de vuelta a la superficie. Cada transbordador tiene una vida útil proyectada de 100 lanzamientos. Fue diseñado para ser el sistema bandera de exploración espacial tripulada de EE.UU., al menos durante los años 80, y para hacer realidad el sueño de construir y mantener una estación espacial; el conjunto de transbordadores espaciales, junto con vehículos soviéticos, ha transportado las partes de la Estación Espacial Internacional y lleva suministros, con lo cual el sueño se ha hecho realidad.

Historia

La decisión de construir el Transbordador

Durante la década de 1960, la NASA había planteado una serie de proyectos sobre vehículos espaciales reutilizables para reemplazar los sistemas de uso único como el Proyecto Mercury, el Proyecto Gemini y el Programa Apollo. La Fuerza Aérea de los EE.UU. (USAF) también tenía interés en sistemas más pequeños, con mayor capacidad de maniobrabilidad y estaba realizando su propio proyecto de avión espacial, llamado X-20 Dyna-Soar. Para poder elaborar un estado del arte en la materia, ambos equipos trabajaron juntos.

En la segunda mitad de la década de los 60, el esfuerzo para mejorar el Apollo se estaba diluyendo, y la NASA empezó a buscar el futuro del programa espacial. Su visión fue la de un programa ambicioso que contemplaba el desarrollo de una enorme estación espacial que se lanzara con grandes cohetes, y que fuera mantenida por un "transbordador espacial" reutilizable que pudiera dar servicio a una colonia lunar permanente y que eventualmente pudiera transportar personas a Marte.

Sin embargo, la realidad fue otra, ya que el presupuesto de la NASA disminuyó rápidamente. En lugar de retroceder y reorganizar su futuro en función de su nueva situación económica, la agencia intentó salvar tanto como fuera posible de sus proyectos. Se descartó la misión a Marte, pero tanto la estación espacial como el transbordador todavía estaban en pie. Eventualmente sólo se pudo salvar uno de ellos, que fue el transbordador por razones económicas y logísticas, ya que sin ese sistema no se podría construir una estación espacial.

A continuación se propuso una gran variedad de diseños, muchos de ellos complejos y diferentes entre ellos. Maxime Faget, diseñador de la cápsula del Mercury, entre otros, creó el "DC-3", un pequeño avión capaz de llevar una carga de 20.000 lb o menos, cuatro tripulantes, aunque con maniobrabilidad limitada. El DC-3 se constituyó en la plataforma básica con la cual se compararían los demás diseños.

El esquema del Transbordador, que muestra el orbitador, los dos cohetes SRB a su lado, y el tanque de combustible naranja

En su intento de de ver su último proyecto salvado, la NASA pidió ayuda y colaboración de la Fuerza Aérea Estadounidense. La agencia hizo la solicitud de que los futuros lanzamientos de la USAF se hicieran con el transbordador en vez de los lanzadores de un sólo uso que se estaban usando, como el cohete Titan II. Como compensación, la USAF vería ahorros significativos en la construcción y actualización de sus lanzadores, puesto que el transbordador tendría capacidad más que suficiente para lograr los objetivos.

Sin mucho entusiasmo, la USAF asintió, no sin antes pedir un incremento significativo en la capacidad para permitirle lanzar sus satélites espías proyectados. Estos eran grandes, con un peso aproximado de 40.000 lb, y tendrían que ponerse en órbitas polares, lo cual necesita más energía que la que se requiere para poner un objeto en órbita baja (LEO). El vehículo también tendría que tener la capacidad de maniobrar hacia cualquier lado de su huella orbital para ajustarse a la deriva rotacional del punto de lanzamiento mientras estuviera en la órbita polar - por ejemplo, en una órbita de 90 minutos, el punto Vandenberg AFB en California, EE.UU. tendría una deriva de 1.600 km, mientras que en órbitas más alineadas con el Ecuador, la deriva sería de menos de 400 km. Para lograrlo, el vehículo debería tener alas más grandes y pesadas.

Con ello, el sencillo DC-3 quedaba fuera de la ecuación debido a su reducida capacidad de carga y habilidad de maniobra. De hecho, todos los diseños eran insuficientes. Todos los nuevos dibujos tendrían que incorporar un ala delta. Y ese no era el único inconveniente - con el incremento de la capacidad del vehículo, los propulsores también debían ser mucho más potentes. De pronto, el sistema había crecido hasta ser más alto que el Saturn VI y sus costes y complejidad se salieron de todos los pronósticos.

Mientras todo esto sucedía, otras personas sugirieron un enfoque diferente: que la NASA utilizara el Saturn existente para lanzar la estación espacial, la cual sería mantenida por cápsulas Gemini modificadas que irían en cohetes Titan II-M, de la USAF. El coste sería probablemente menor, y alcanzaría el objetivo de la estación internacional antes.

La respuesta no se hizo esperar: un transbordador reutilizable compensaría con creces el coste de su desarrollo, si se comparaba con el gasto de lanzar cohetes de uso único. Otro factor en el análisis fue la inflación, que fue tan alta en la década de los años setenta del siglo XX que cualquier reposición del coste del desarrollo tenía que ser rápida. Se necesitaba entonces un elevado ritmo de lanzamientos para hacer que el sistema fuera factible desde el punto de vista económico. Estas condiciones no las cumplían ni la estación espacial, ni las cargas de la USAF. La recomendación fue, entonces, hacer los lanzamientos desde el transbordador, una vez construido. El coste de lanzar el transbordador tendría que ser menor que cualquier otro sistema, exceptuando los cohetes pequeños y los muy grandes-.

Con el tema de la viabilidad solucionado, la NASA se dedicó a obtener fondos para los cinco años que tardaría el desarrollo del proyecto, empresa que no resultó para nada fácil. La inflación, la Guerra de Vietnam y la crisis del petróleo amenazaban con dar al traste con el transbordador, pero era el único proyecto viable, y suspenderlo significaba que EE.UU. no tendría un programa espacial tripulado en la década de 1980. Sin embargo, los presupuestos debían ajustarse, lo cual llevó otra vez a la mesa de diseño. Se abandonó el proyecto de cohete reusable en favor de un cohete sencillo que se desprendiera y fuera recuperado posteriormente. El combustible se sacó del orbitador a un tanque externo, lo cual permitió aumentar la capacidad de carga a costa de desechar el tanque.

El último escollo de diseño fue la naturaleza de los propulsores. Por lo menos cuatro soluciones se propusieron, y se optó finalmente por la que contemplaba dos cohetes sólidos (en vez de uno grande), debido a menores costos de diseño (aspecto que estuvo permanentemente presente en el diseño del transbordador).

Desarrollo

Lanzamiento del Columbia (1981)

El desarrollo del transbordador se hizo oficial el 5 de enero de 1972, cuando el presidente Richard Nixon anunció que la NASA comenzaría a crear un sistema de transbordador reutilizable, de bajo coste. Debido a los límites en el presupuesto, el proyecto ya estaba condenado a durar más de lo que se había anticipado originalmente. Sin embargo, el trabajo empezó rápidamente, y un par de años después ya había varios artículos de prueba.

De estos, el más notable era el primer Orbitador completo, que originalmente se conocería como "Constitution". Sin embargo, una campaña masiva de cartas de fanáticos de la serie Star Trek convenció a la Casa Blanca para rebautizar al orbitador como "Enterprise". A bombo y platillos, el Enterprise hizo su primer desplazamiento el 17 de septiembre de 1976 y empezó una serie de pruebas exitosas que fueron la primera validación real del diseño.

El primer orbitador completamente funcional, el Columbia, fue construido en Palmdale, California, y enviado al Centro Espacial Kennedy el 25 de marzo de 1979. Dos tripulantes iban en el primer viaje del Columbia, el 12 de abril de 1981. En Julio de 1982 el CEK vio llegar al Challenger. En Noviembre de 1983 llegó el Discovery, y Atlantis en Abril de 1985. La segunda parte del proyecto, la llamada Estación Espacial Libertad, anunciada en 1984, se convirtió, con modificaciones y reducciones, en la Estación Espacial Internacional. En 1986 el Challenger explotó 73 segundos después de su lanzamiento, y la tripulación de siete personas murió. Para reemplazarlo se construyó el Endeavour, que llegó en Mayo de 1991.

El 1 de febrero de 2003 otro trágico accidente sacudió a la familia de transbordadores espaciales de la NASA al desintegrarse en los cielos durante su reentrada el transbordador espacial Columbia, cuando regresaba tras finalizar con éxito la misión STS-107.

La NASA suspendió todos los vuelos de transbordadores programados mientras investigaba lo sucedido. El resultado fue que el desastre del Columbia se produjo por un pedazo de espuma que recubre el tanque externo que se desprendió y choco el ala del transbordador a unos 800 km/hora, este golpeó y produjo un orificio que luego resultaría fatal ya que por este entraría el plasma producido por el rozamiento con la atmósfera lo que la derritió.Estos se reiniciaron con el despegue del Discovery dos años y medio después, el 26 de julio de 2005, para llevar a cabo la misión STS-114, esta se realizo sin haber solucionado por completo el problema del tanque externo, el Discovery regreso a casa el 9 de agosto de 2005 en la Base Edwards en California. La siguiente misión de Transbordadores está programada para julio de 2006 con el lanzamiento del Discovery. La misión comprende un viaje a la Estación Espacial Internacional y pruebas de seguridad.

Datos técnicos

El transbordador espacial tiene los siguientes componentes principales:

• El propio vehículo transbordador (Orbitador) reutilizable. Dimensiones al estar sobre sus ruedas: 17,25 metros de altura (incluye cola timón), 37,24 metros de largo y envergadura 23,79 (entre extremo de las alas). Capacidad de tripulación: 5 a 7 personas.

• Un gran tanque externo desechable de combustible (ET por sus siglas en inglés) que contiene hidrógeno y oxígeno líquidos en tanques interiores para alimentar los tres motores principales. El tanque se libera 8,5 minutos después del lanzamiento, a una altitud de 109 km, rompiéndose en pedazos que caen al mar sin ser recogidos. Dimensiones: 46,14 metros de altura y 8,28 metros de diámetro.

• Dos tanques recuperables de combustible sólido (SRB por sus siglas en inglés) que contienen un propulsante compuesto principalmente de perclorato de amonio (oxidante, 70% en peso) y aluminio (combustible, 16% en peso). Ambos tanques se separan 2 minutos después del lanzamiento a una altura de 66 km, abren sus paracaídas y luego son recogidos tras su amerizaje. Dimensiones: 44,74 metros de altura y 3,65 metros de diámetro. Cada tanque pesa 96.000 kilogramos.

• Altura del conjunto: 56,14 m.
• Longitud del transbordador: 37,23 m
• Envergadura: 23,79 m
• Peso en el despegue: 2.041.166 kg
• Peso tras la misión: 104.326 kg
• Carga máxima transportada: 28.803 kg (volver a la Tierra con aprox. 14.000 kg)
• Órbita: 185 a 643 km (no puede elevarse a más de 1.000 km)
• Velocidad: 27.875 km/h

Flota de transbordadores espaciales de la NASA

Los cinco transbordadores funcionales de la NASA durante algunos lanzamientos

• Vehículo de prueba, no apto para vuelos orbitales:
  • Enterprise (1977-1985)
• Perdidos en accidentes:
  • Columbia (1981-2003)
  • Challenger (1983-1986)
• Actualmente en servicio:
  • Discovery (desde 1984)
  • Atlantis (desde 1985)
  • Endeavour (desde 1992)

El futuro de los transbordadores espaciales

Tras la paralización de los vuelos de transbordadores estadounidense y la prevista retirada de los mismos del servicio el 2010, la compañía rusa NPO Energía, responsable de la construcción del Buran y la familia Soyuz, ha comenzado a desarrollar un nuevo transbordador: el Kliper. Este nuevo transbordador se basa en la idea básica de un vehículo de bajo coste reutilizable y combina los conceptos utilizados con éxito durante décadas en la familia Soyuz y en el prototipo creado por Dassault para la ESA, el Proyecto Hermes.

Véase también

• Shuttle Carrier Aircraft
• Programa del transbordador espacial
• Misiones del Programa STS

Referencias

• http://liftoff.msfc.nasa.gov/academy/space/atmosphere.html
• http://www.asterpix.com/console?as=1203639196321-20328515dc
• http://history.nasa.gov/rogersrep/v2appl2b.htm
• http://www.computerhistory.org/events/index.php?id=1139464298
• http://www.klabs.org/mapld06/abstracts/139_ferguson_a.html
• http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=499112&id=1&qs=Ntt%3DGRiD%252BCompass%26Ntk%3Dall%26Ntx%3Dmode%2520matchall%26N%3D0%26Ns%3DHarvestDate%257c1
• http://www.aerospaceweb.org/question/spacecraft/q0285.shtml
• http://www-pao.ksc.nasa.gov/kscpao/nasafact/count4ssws.htm

Enlaces externos

Commons

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