Un Diseño Chino de un Lanzador Espacial Súper Pesado Supera al Saturno V
Por Bradley Perrett
30 de septiembre 2013 - Ingenieros chinos proponen un cohete lunar más poderoso que el Saturno V, de las misiones Apolo, y su adecuación a la carga útil del propuesto sistema de lanzamiento espacial (SLS - Space Launch System ) Bloque 2 de la NASA, el lanzador espacial "sin fondos" que pondria de nuevo a los EE.UU. en las "ligas mayores" de cohetes súper pesado .
En la elaboración de los diseños preliminares para el gigantesco Larga Marcha 9, CALT (el constructor de lanzadores espaciales chino) ha estudiado configuraciones muy similares a las que la NASA considera en la búsqueda de la misma capacidad : para levantar 130 toneladas métricas (287.000 lb) a la órbita terrestre baja (LEO). Una de las dos propuestas preferidas por los chinos tiene una configuración de diseño similar a adoptada para el SLS Bloque 2 , aunque la masa de despegue para ambos conceptos de CALT , 4.100 - 4.150 toneladas , es mayor . En esa medida , por lo menos , China quiere construir el mayor lanzador espacial de la historia.
El trabajo preliminar está en curso para los motores previstos . En el Instituto de Propulsión Espacial Xian , los ingenieros sin duda están planeando y, probablemente lo hacen para reducir los riesgos, trabajando en un motor con queroseno como combustible , al parecer llamado YF- 660, que sería comparable a las 690 toneladas de empuje del motor F-1 del Saturno V. El Instituto de Propulsión Aeroespacial de Beijing , por su parte , está trabajando en las tecnologías críticas para un motor de hidrógeno líquido de 200 toneladas de empuje que sería utilizado para la primera etapa de un diseño de lanzador y para la segunda etapa de ambos. Ese motor al parecer se llama YF -220 .
La comparación con los lanzadores y los motores actuales destaca la magnitud de las ambiciones de China : Mientras que los ingenieros del SLS de EE.UU. apuntan a un aumento del 10 % en el peso lanzamiento del Saturno V y usarían una tecnología de propulsión principal con la que estan familiarizados, el lanzador super pesado de CALT tendría 10 veces el peso de lanzamiento de todo lo que china tiene actualmente en servicio , y sería cuatro veces más grande que incluso el más grande de cohetes que se está desarrollando, el Larga Marcha 5 . El motor YF -660 sería cinco veces más potente que el mayor motor que China ha construido hasta ahora, que aún no ha volado.
La industria china está buscando el permiso para comenzar a desarrollar un cohete lunar. Los estudios abarcan cargas tan bajas como 70 toneladas en órbita terrestre baja , dijo un funcionario de la industria , lo que sugiere que China podría seguir el concepto SLS, construyendo primero un lanzador pequeño adaptable a uno mucho más grande.
Las posibles configuraciones del Larga Marcha 9 se mostraron hace dos años. En el Congreso Internacional de Astronáutica, celebrado en EE.UU. del 23 al 27 septiembre , CALT publicó las especificaciones principales ( véase la tabla). Uno de los dos conceptos , el Esquema A , tendría cuatro motores YF - 660 montados en la primera etapa central y uno en cada uno de los cuatro refuerzos de montaje lateral . En el Esquema B, la mayor parte del empuje de despegue vendría de cuatro propulsores de combustible sólido , cada uno generando 1.000 toneladas de empuje, mientras que cuatro YF- 220 se montarían en la primera etapa. Eso sumaria unas 4.800 toneladas , pero el total especificado es de 5.000 toneladas , lo que indica que el motor de refuerzo de combustible sólido , el YF -220 o ambos, generará un poco más que el empuje atribuido a cada uno individualmente . La designación del YF- 220 puede hacer alusión a su objetivo de empuje real.
" No me parece que haya mucho que criticar en su enfoque , y gusta mucho", dice un ingeniero de EE.UU. con experiencia espacial.
El YF -220 existe como un concepto o diseño preliminar , dice Zhang Nan , presidente del Instituto de Propulsión Aeroespacial de Beijing , sin utilizar el nombre del motor. Su instituto está canalizando su experiencia en el desarrollo del YF- 77 para el Larga Marcha 5, ya que trabaja en el nuevo motor. Hasta ahora , los desarrolladores están abordando tecnologías críticas y no han construido las partes para un motor capaz de volar. Una tecnología que no han abordado es la combustión por etapas , un medio de conducción mediantes bombas que , al tiempo que maximiza la eficiencia del motor , es difícil de desarrollar , especialmente para motores que funcionan con oxígeno líquido y hidrógeno líquido De hecho , es muy difícil, dice Zhang. El motor correspondiente de los SLS , el Rocketdyne RS- 25 del transbordador espacial , combina la combustión por etapas con combustible de hidrógeno. El impulso específico (ISP) del futuro motor chino - el empuje dividido por el flujo de combustible - puede ser tan alto como 430 seg. , En comparación con los 428 seg. para el YF- 77, señala Zhang.
El motor de queroseno y combustible más grande de China, el YF- 100 , utiliza la combustión por etapas , pero la aplicación de la tecnología va a ser uno de los muchos retos que los ingenieros tendrán que enfrentar en la construcción de plantas motrices más grandes. Los gerentes de proyecto en Xian parecen haber reducido al mínimo los problemas mediante la adopción de un plan que establecía que en 2011 y 2012 se construirla el primer motor de tamaño más moderado, 300- 400 toneladas de empuje , es de suponer - y luego lo doblarian para el Larga Marcha 9 mediante la alimentación de dos de sus cámaras de combustión con una sola bomba de combustible más potente . El dibujo de Larga Marcha ha cambiado sutilmente desde 2012 para mostrar las toberas extra de los motores de dos cámaras .
Teniendo en cuenta las cargas de combustible y las características indicadas probables de los motores , los propulsores del Esquema A son propensos a arder durante 160 segundos y el núcleo de 220 segundos , calcula un ingeniero de cohetes extranjeros. La segunda etapa se presentaría a 500 segundos , probablemente en varias combustiones. Si el Instituto Xian puede reproducir la eficiencia del YF-100 en el YF-660 , a continuación, el ISP en el despegue será 305 seg. En el Esquema B, los propulsores de combustible sólido pueden funcionar durante unos 120 segundos, la primera etapa central es de 500 seg . y la segunda etapa es de 400 seg .
Al 3,2 % , las fracciones de carga útil de los Esquemas A y B son mucho más bajos que los del Saturno V ( 3,9 % ) y el SLS Bloque 2 ( 4,4 % ) . Esto no significa necesariamente que el diseño chino es ineficiente ,dice un ingeniero experimentado configuraciones de lanzadera similares, ya que puede simplemente reflejar opciones de diseño que hacen subir el peso de despegue, pero que sí embargo son rentables. Los propulsores de combustible sólido y su estructura de montaje probablemente representan gran parte del exceso de peso del esquema B sobre el A.
La carga útil de LEO de los dos diseños sugiere que los líderes de la industria están mirando expediciones lunares tal vez no mucho más ambiciosas que el Apolo , aunque la masa que se puede entregar a la superficie de la Luna también dependerá de cómo se ejecuta la misión. El envío de una tripulación al espacionen un lanzamiento independiente para unirse al resto de su nave espacial , realizado por un Larga Marcha 9, podría ampliar enormemente la misión. El Saturno V, que lanzo todos los módulos de Apolo en un solo lanamiento, tenía una carga útil de LEO de 118 toneladas.
En el Congreso Internacional de Astronáutica, la industria china mostró un concepto para enviar gente a la Luna con tres lanzamientos a través de cohetes más pequeños. Un lanzador de carga, tal vez un hermano pequeño del Larga Marcha 9, dispararía una nave de aterrizaje lunar en órbita alrededor de la Luna. A continuación, una cápsula tripulada seguiría en un lanzador incluso más pequeño, probablemente un Larga Marcha 2F o un Larga Marcha7, los cohetes actuales y futuros previstos para lanzamientos de los astronautas humanos de China , respectivamente. Una unidad de propulsión enviada en un segundo lanzador de carga se uniría a la cápsula y la impulsaría a la órbita lunar , donde se reuniría con el módulo de aterrizaje.
Los lanzadores más pequeños son más baratos de desarrollar, pero los más grandes ofrecen menores costos de operación para los tamaños de carga útil . La economía de la elección de China, entonces, debe depender de si se quiere patrocinar misiones espaciales pesadas para el largo plazo , el envío de un lanzador súper pesado hasta quizás una vez al año, y no sólo a la Luna. Si el objetivo es llevar a cabo algunas misiones lunares tripuladas y luego se detienen, seguramente sería más barato ejecutar cada una con varios lanzamientos con cohetes de tamaño moderado. Si se planea llevar a cabo mas tareas con cargas más pesadas, un enorme cohete es la respuesta, dicen los ingenieros occidentales.
Los gestores chinos del espacio están en esa longitud de onda. En el documento presentado al Congreso que detallaba el Larga Marcha de CALT, se mencionaban lanzamientos a la Luna , con una carga de inyección trans lunar de 50 toneladas , ya que es sólo uno de los propósitos del programa de lanzamiento propuesto. La exploración (20 toneladas para escapar a la gravedad terrestre) , las misiones de espacio profundo en órbita terrestre a gran escala ( 50 toneladas en órbita de transferencia geoestacionaria ) y nuevas misiones conceptuales ( 50 toneladas para escapar de la gravedad terrestre ) también se tocaron , aunque esto último requeriría otro diseño de cohete.
Alternativas de Diseño del Larga Marcha
Esquema A / Esquema B
Motores Aceleradores: 4 x YF -660 / 4 x Nombre desconocido
Empuje: 4 x 650 toneladas / 4 x 1.000 toneladas métricas
Propelente: Oxígeno líquido / Keroseno solido
Capacidad del tanque: 4 x 320 toneladas / 4 x 575 toneladas métricas
Nucleo Etapa 1
Motores: 4 x YF -660 / 4 x YF- 220
Empuje: 4 x 650 toneladas / 4 x 200 toneladas métricas
Propelente: Oxígeno líquido, Keroseno / Oxígeno e hidrógeno líquido
Capacidad del tanque: 1.756 toneladas / 1.000 toneladas métricas
Nucleo Etapa 2
Motores: 2 x YF -220 / 1 x YF -220
Empuje: 2 x 200 toneladas / 1 x 200 toneladas métricas
Propelente: Oxígeno/Hidrogeno líq. / Oxígeno/Hidrogeno líquido
Capacidad del tanque: 500 toneladas métricas / 200 toneladas métricas
Empuje de Despegue: 5.200 toneladas / 5.000 toneladas
Peso al Despegue: 4.100 toneladas / 4.150 toneladas
Peso en Seco: 434 toneladas / 517 toneladas métricas
10,6 % de peso despegue / 12,5 % de peso despegue
Propelente Total*: 3666 toneladas métricas / 3.633 toneladas métricas
86,2 % peso despegue / 84,3 % peso despegue
Carga Útil LEO: 130 toneladas / 133 toneladas
3,2 % peso despegue / 3,2 % peso despegue
Carga Útil LTO: 50 toneladas / 50 toneladas
Longitud: 98 metros ( 322 pies) / 101 metros ( 331 pies)
Fuente: CALT , excepto * Los cálculos de Aviation Week .
La configuración preferida para el Larga Marcha 9 (a la izquierda) utiliza LOx / Kerosene para lps propulsores tanto para la primera etapa y los refuerzos. Una alternativa es utilizarLOx / hidrógeno líquido en la primera etapa con cohetes de combustible sólido.
Por Bradley Perrett
Crédito: Instituto de Propulsión Aeroespacial de Beijing
Fuente: http://www.aviationweek.com/Article.aspx?id=/article-xml/AW_09_30_2013_p22-620995.xml
30 de septiembre 2013 - Ingenieros chinos proponen un cohete lunar más poderoso que el Saturno V, de las misiones Apolo, y su adecuación a la carga útil del propuesto sistema de lanzamiento espacial (SLS - Space Launch System ) Bloque 2 de la NASA, el lanzador espacial "sin fondos" que pondria de nuevo a los EE.UU. en las "ligas mayores" de cohetes súper pesado .
En la elaboración de los diseños preliminares para el gigantesco Larga Marcha 9, CALT (el constructor de lanzadores espaciales chino) ha estudiado configuraciones muy similares a las que la NASA considera en la búsqueda de la misma capacidad : para levantar 130 toneladas métricas (287.000 lb) a la órbita terrestre baja (LEO). Una de las dos propuestas preferidas por los chinos tiene una configuración de diseño similar a adoptada para el SLS Bloque 2 , aunque la masa de despegue para ambos conceptos de CALT , 4.100 - 4.150 toneladas , es mayor . En esa medida , por lo menos , China quiere construir el mayor lanzador espacial de la historia.
El trabajo preliminar está en curso para los motores previstos . En el Instituto de Propulsión Espacial Xian , los ingenieros sin duda están planeando y, probablemente lo hacen para reducir los riesgos, trabajando en un motor con queroseno como combustible , al parecer llamado YF- 660, que sería comparable a las 690 toneladas de empuje del motor F-1 del Saturno V. El Instituto de Propulsión Aeroespacial de Beijing , por su parte , está trabajando en las tecnologías críticas para un motor de hidrógeno líquido de 200 toneladas de empuje que sería utilizado para la primera etapa de un diseño de lanzador y para la segunda etapa de ambos. Ese motor al parecer se llama YF -220 .
La comparación con los lanzadores y los motores actuales destaca la magnitud de las ambiciones de China : Mientras que los ingenieros del SLS de EE.UU. apuntan a un aumento del 10 % en el peso lanzamiento del Saturno V y usarían una tecnología de propulsión principal con la que estan familiarizados, el lanzador super pesado de CALT tendría 10 veces el peso de lanzamiento de todo lo que china tiene actualmente en servicio , y sería cuatro veces más grande que incluso el más grande de cohetes que se está desarrollando, el Larga Marcha 5 . El motor YF -660 sería cinco veces más potente que el mayor motor que China ha construido hasta ahora, que aún no ha volado.
La industria china está buscando el permiso para comenzar a desarrollar un cohete lunar. Los estudios abarcan cargas tan bajas como 70 toneladas en órbita terrestre baja , dijo un funcionario de la industria , lo que sugiere que China podría seguir el concepto SLS, construyendo primero un lanzador pequeño adaptable a uno mucho más grande.
Las posibles configuraciones del Larga Marcha 9 se mostraron hace dos años. En el Congreso Internacional de Astronáutica, celebrado en EE.UU. del 23 al 27 septiembre , CALT publicó las especificaciones principales ( véase la tabla). Uno de los dos conceptos , el Esquema A , tendría cuatro motores YF - 660 montados en la primera etapa central y uno en cada uno de los cuatro refuerzos de montaje lateral . En el Esquema B, la mayor parte del empuje de despegue vendría de cuatro propulsores de combustible sólido , cada uno generando 1.000 toneladas de empuje, mientras que cuatro YF- 220 se montarían en la primera etapa. Eso sumaria unas 4.800 toneladas , pero el total especificado es de 5.000 toneladas , lo que indica que el motor de refuerzo de combustible sólido , el YF -220 o ambos, generará un poco más que el empuje atribuido a cada uno individualmente . La designación del YF- 220 puede hacer alusión a su objetivo de empuje real.
" No me parece que haya mucho que criticar en su enfoque , y gusta mucho", dice un ingeniero de EE.UU. con experiencia espacial.
El YF -220 existe como un concepto o diseño preliminar , dice Zhang Nan , presidente del Instituto de Propulsión Aeroespacial de Beijing , sin utilizar el nombre del motor. Su instituto está canalizando su experiencia en el desarrollo del YF- 77 para el Larga Marcha 5, ya que trabaja en el nuevo motor. Hasta ahora , los desarrolladores están abordando tecnologías críticas y no han construido las partes para un motor capaz de volar. Una tecnología que no han abordado es la combustión por etapas , un medio de conducción mediantes bombas que , al tiempo que maximiza la eficiencia del motor , es difícil de desarrollar , especialmente para motores que funcionan con oxígeno líquido y hidrógeno líquido De hecho , es muy difícil, dice Zhang. El motor correspondiente de los SLS , el Rocketdyne RS- 25 del transbordador espacial , combina la combustión por etapas con combustible de hidrógeno. El impulso específico (ISP) del futuro motor chino - el empuje dividido por el flujo de combustible - puede ser tan alto como 430 seg. , En comparación con los 428 seg. para el YF- 77, señala Zhang.
El motor de queroseno y combustible más grande de China, el YF- 100 , utiliza la combustión por etapas , pero la aplicación de la tecnología va a ser uno de los muchos retos que los ingenieros tendrán que enfrentar en la construcción de plantas motrices más grandes. Los gerentes de proyecto en Xian parecen haber reducido al mínimo los problemas mediante la adopción de un plan que establecía que en 2011 y 2012 se construirla el primer motor de tamaño más moderado, 300- 400 toneladas de empuje , es de suponer - y luego lo doblarian para el Larga Marcha 9 mediante la alimentación de dos de sus cámaras de combustión con una sola bomba de combustible más potente . El dibujo de Larga Marcha ha cambiado sutilmente desde 2012 para mostrar las toberas extra de los motores de dos cámaras .
Teniendo en cuenta las cargas de combustible y las características indicadas probables de los motores , los propulsores del Esquema A son propensos a arder durante 160 segundos y el núcleo de 220 segundos , calcula un ingeniero de cohetes extranjeros. La segunda etapa se presentaría a 500 segundos , probablemente en varias combustiones. Si el Instituto Xian puede reproducir la eficiencia del YF-100 en el YF-660 , a continuación, el ISP en el despegue será 305 seg. En el Esquema B, los propulsores de combustible sólido pueden funcionar durante unos 120 segundos, la primera etapa central es de 500 seg . y la segunda etapa es de 400 seg .
Al 3,2 % , las fracciones de carga útil de los Esquemas A y B son mucho más bajos que los del Saturno V ( 3,9 % ) y el SLS Bloque 2 ( 4,4 % ) . Esto no significa necesariamente que el diseño chino es ineficiente ,dice un ingeniero experimentado configuraciones de lanzadera similares, ya que puede simplemente reflejar opciones de diseño que hacen subir el peso de despegue, pero que sí embargo son rentables. Los propulsores de combustible sólido y su estructura de montaje probablemente representan gran parte del exceso de peso del esquema B sobre el A.
La carga útil de LEO de los dos diseños sugiere que los líderes de la industria están mirando expediciones lunares tal vez no mucho más ambiciosas que el Apolo , aunque la masa que se puede entregar a la superficie de la Luna también dependerá de cómo se ejecuta la misión. El envío de una tripulación al espacionen un lanzamiento independiente para unirse al resto de su nave espacial , realizado por un Larga Marcha 9, podría ampliar enormemente la misión. El Saturno V, que lanzo todos los módulos de Apolo en un solo lanamiento, tenía una carga útil de LEO de 118 toneladas.
En el Congreso Internacional de Astronáutica, la industria china mostró un concepto para enviar gente a la Luna con tres lanzamientos a través de cohetes más pequeños. Un lanzador de carga, tal vez un hermano pequeño del Larga Marcha 9, dispararía una nave de aterrizaje lunar en órbita alrededor de la Luna. A continuación, una cápsula tripulada seguiría en un lanzador incluso más pequeño, probablemente un Larga Marcha 2F o un Larga Marcha7, los cohetes actuales y futuros previstos para lanzamientos de los astronautas humanos de China , respectivamente. Una unidad de propulsión enviada en un segundo lanzador de carga se uniría a la cápsula y la impulsaría a la órbita lunar , donde se reuniría con el módulo de aterrizaje.
Los lanzadores más pequeños son más baratos de desarrollar, pero los más grandes ofrecen menores costos de operación para los tamaños de carga útil . La economía de la elección de China, entonces, debe depender de si se quiere patrocinar misiones espaciales pesadas para el largo plazo , el envío de un lanzador súper pesado hasta quizás una vez al año, y no sólo a la Luna. Si el objetivo es llevar a cabo algunas misiones lunares tripuladas y luego se detienen, seguramente sería más barato ejecutar cada una con varios lanzamientos con cohetes de tamaño moderado. Si se planea llevar a cabo mas tareas con cargas más pesadas, un enorme cohete es la respuesta, dicen los ingenieros occidentales.
Los gestores chinos del espacio están en esa longitud de onda. En el documento presentado al Congreso que detallaba el Larga Marcha de CALT, se mencionaban lanzamientos a la Luna , con una carga de inyección trans lunar de 50 toneladas , ya que es sólo uno de los propósitos del programa de lanzamiento propuesto. La exploración (20 toneladas para escapar a la gravedad terrestre) , las misiones de espacio profundo en órbita terrestre a gran escala ( 50 toneladas en órbita de transferencia geoestacionaria ) y nuevas misiones conceptuales ( 50 toneladas para escapar de la gravedad terrestre ) también se tocaron , aunque esto último requeriría otro diseño de cohete.
Alternativas de Diseño del Larga Marcha
Esquema A / Esquema B
Motores Aceleradores: 4 x YF -660 / 4 x Nombre desconocido
Empuje: 4 x 650 toneladas / 4 x 1.000 toneladas métricas
Propelente: Oxígeno líquido / Keroseno solido
Capacidad del tanque: 4 x 320 toneladas / 4 x 575 toneladas métricas
Nucleo Etapa 1
Motores: 4 x YF -660 / 4 x YF- 220
Empuje: 4 x 650 toneladas / 4 x 200 toneladas métricas
Propelente: Oxígeno líquido, Keroseno / Oxígeno e hidrógeno líquido
Capacidad del tanque: 1.756 toneladas / 1.000 toneladas métricas
Nucleo Etapa 2
Motores: 2 x YF -220 / 1 x YF -220
Empuje: 2 x 200 toneladas / 1 x 200 toneladas métricas
Propelente: Oxígeno/Hidrogeno líq. / Oxígeno/Hidrogeno líquido
Capacidad del tanque: 500 toneladas métricas / 200 toneladas métricas
Empuje de Despegue: 5.200 toneladas / 5.000 toneladas
Peso al Despegue: 4.100 toneladas / 4.150 toneladas
Peso en Seco: 434 toneladas / 517 toneladas métricas
10,6 % de peso despegue / 12,5 % de peso despegue
Propelente Total*: 3666 toneladas métricas / 3.633 toneladas métricas
86,2 % peso despegue / 84,3 % peso despegue
Carga Útil LEO: 130 toneladas / 133 toneladas
3,2 % peso despegue / 3,2 % peso despegue
Carga Útil LTO: 50 toneladas / 50 toneladas
Longitud: 98 metros ( 322 pies) / 101 metros ( 331 pies)
Fuente: CALT , excepto * Los cálculos de Aviation Week .
La configuración preferida para el Larga Marcha 9 (a la izquierda) utiliza LOx / Kerosene para lps propulsores tanto para la primera etapa y los refuerzos. Una alternativa es utilizarLOx / hidrógeno líquido en la primera etapa con cohetes de combustible sólido.
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