Atlas-Centauro

Centaur fue la primera etapa de cohete en utilizar hidrógeno líquido (LH2) y oxígeno líquido (LOX) como propulsores. A pesar de su alto rendimiento, el LH2 debía enfriarse a temperaturas extremadamente bajas (inferiores a las del LOX) y su baja densidad requería grandes tanques de combustible.

El primer intento de utilizar un motor alimentado con LH2/LOX fue el programa ultrasecreto de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos para el avión de reconocimiento Lockheed CL-400 Suntan a mediados de la década de 1950. Los avances logrados durante este proyecto fallido fueron retomados por Convair y otras compañías para su uso en etapas de cohetes. Originalmente, Centaur se concibió como un proyecto puramente experimental para desarrollar experiencia en etapas de cohetes más grandes y potentes, con el fin de no desviar la atención de Convair del importantísimo programa del misil SM-65 Atlas .

Convair desarrolló una versión especialmente mejorada del vehículo Atlas D para acoplarse con las etapas Centaur; el Atlas fue equipado con una sección de refuerzo mejorada, la MA-5 , que tenía turbobombas gemelas en cada motor de refuerzo, y la estructura reforzada para la gran etapa superior, junto con tanques de combustible alargados. El desarrollo del Centaur se vio algo dificultado por la insistencia en modificar componentes del Atlas en lugar de desarrollar otros completamente nuevos. Esto se hizo por razones de tiempo y presupuesto y porque permitió que el Centaur se fabricara en la línea de ensamblaje existente del Atlas en Convair. Los motores fueron fabricados por Pratt & Whitney .

Originalmente bajo la supervisión de ARPA , Centaur fue transferido a la NASA en julio de 1959, once meses después del inicio del programa. La Fuerza Aérea mantuvo la supervisión general, en parte porque tenía la intención de usar Centaur para lanzar una red de satélites de comunicaciones militares conocida como ADVENT. Una constelación de diez satélites proporcionaría comunicaciones instantáneas las 24 horas del día para las tres ramas principales de las fuerzas armadas estadounidenses. Los tres primeros se lanzarían en un Atlas-Agena, y el resto en Centaur. ADVENT nunca pasó de la fase de diseño, pero Centaur rápidamente encontró uso en varios proyectos de sondas planetarias de la NASA, a saber, Mariner y Surveyor .

La falta inicial de fondos provocó que el proyecto se prolongara mucho más de lo previsto. Según el calendario original, el Centaur debía realizar su primer vuelo en enero de 1961.

En octubre de 1961, el primer Atlas-Centaur (Vuelo del Vehículo-1: Atlas 104D y Centaur F-1) llegó a Cabo Cañaveral y fue instalado en la plataforma de lanzamiento LC-36A, recientemente terminada y construida específicamente para este fin. Problemas técnicos hicieron que el vehículo permaneciera en la plataforma de lanzamiento durante siete meses; el más grave fue una fuga de hidrógeno líquido a través del mamparo intermedio que separaba los tanques de propulsor, junto con numerosos problemas menores en los sistemas de guiado y propulsión.

Falla

El vehículo fue lanzado a las 14:49 EST (18:49 GMT ) del 8 de mayo de 1962, con la intención de realizar una sola ignición con un Centaur parcialmente cargado de combustible. Poco menos de un minuto después del lanzamiento, la etapa Centaur se rompió y se desintegró, llevándose consigo al Atlas en cuestión de segundos. Al principio, no estaba claro qué había causado la falla, ya que las imágenes de la cámara de seguimiento solo mostraban una gran nube blanca envolviendo el propulsor, seguida de la explosión de todo el vehículo de lanzamiento. Las suposiciones iniciales apuntaban a que el Atlas había sufrido una falla en el tanque de oxígeno líquido, ya sea por un problema de presurización, la ruptura del tanque por escombros voladores o problemas estructurales de flexión/aerodinámicos causados ​​por la combinación Atlas-Centaur, aún sin probar, y de hecho, ya se habían producido varias fallas similares en lanzamientos del Atlas. El vuelo Mercury de Scott Carpenter estaba a solo unos días de distancia, y si la falla fue causada por el Atlas, podría significar retrasos significativos para esa misión, que utilizaba un propulsor Atlas LV-3B similar derivado del Atlas D. Sin embargo, el análisis de los datos de telemetría y un examen más detenido de las grabaciones del lanzamiento confirmaron rápidamente que el Centaur era la fuente del problema.

Se determinó que la falla fue causada por un panel aislante que se desprendió del Centaur durante el ascenso, lo que provocó un aumento repentino de la presión en el tanque cuando el LH2 se sobrecalentó. A partir de los 44 segundos posteriores al lanzamiento, el sistema neumático respondió liberando propelente para reducir los niveles de presión, pero finalmente, estos superaron la resistencia estructural del tanque de LH2. A los 54 segundos posteriores al lanzamiento, el Centaur sufrió una ruptura estructural total y la pérdida de telemetría; el tanque de LOX se rompió y produjo una explosión al mezclarse con la nube de hidrógeno. Dos segundos después, los fragmentos que salieron disparados rompieron el tanque de LOX del Atlas, seguido de la destrucción total del vehículo de lanzamiento. El panel debía desprenderse a 80 km de  altitud, cuando el aire es más tenue, pero el mecanismo que lo mantenía en su lugar estaba diseñado de forma inadecuada, lo que provocó su separación prematura. Durante el desarrollo del Centaur, ya se sospechaba que los paneles aislantes eran un posible punto débil, y la posibilidad de una ruptura del tanque de LH2 se consideró como un escenario de falla. Las pruebas se suspendieron mientras se intentaba corregir los fallos de diseño del Centauro.

Más de un año después, el 27 de noviembre de 1963 a las 19:03:23 GMT, tuvo lugar el lanzamiento de AC-2 (Atlas 126D y etapa Centaur n.° 2), cinco días después del asesinato del presidente Kennedy. La etapa Centaur rediseñada funcionó sin problemas y realizó una única maniobra para alcanzar la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) (órbita de 474 x 1586  km, inclinación de 30,4° y período de 105,8 minutos), donde permaneció hasta 2021. Los paneles aislantes se fijaron permanentemente a la etapa, ya que el problema de la separación aún no se había resuelto. Los datos de vibración demostraron que los paneles se habrían desprendido prematuramente si no hubieran estado atornillados. La solución definitiva al problema de los paneles aumentó la masa en seco de Centaur, reduciendo aún más su capacidad de carga útil. Este vehículo de lanzamiento Atlas-Centaur 2 se utilizó para pruebas de rendimiento e integridad estructural. Transportaba una carga útil de 4621  kg y estaba instrumentada con 907  kg de sensores, equipos y telemetría. ^{[ 3 ]}

El vuelo AC-3 (Atlas 135D y Centaur n.° 3) se lanzó el 30 de junio de 1964 a las 14:04:22 GMT con una carga útil de 4815  kg. El rendimiento del Atlas fue cercano al nominal, con el propulsor principal funcionando con una mezcla ligeramente rica en LOX durante los primeros 70 segundos de vuelo y una trayectoria más elevada de lo esperado. Se probaron por primera vez el desprendimiento de paneles aislantes y la cubierta de la carga útil. Tras la separación de etapas del Centaur y el arranque de los motores, el motor n.° 2 (C-2) comenzó a perder el control de alabeo. El motor C-1 pudo compensar durante un tiempo, pero el Centaur finalmente perdió el control y comenzó a girar sin control. El apagado prematuro del motor debido a la falta de propulsor ocurrió a los T+496 segundos, y el Centaur impactó en el Atlántico Sur . La investigación posterior al vuelo atribuyó el mal funcionamiento a una falla en el actuador de cardán hidráulico del motor Centaur-2. ^{[ 4 ]}

El vuelo AC-4 (Atlas 146D y Centaur #4) se lanzó el 11 de diciembre de 1964 a las 14:25:02 GMT con una carga útil de 2993  kg (que transportaba un modelo de masa de la nave espacial Surveyor ). Realizó pruebas de propulsión y separación de etapas, ^{[ 5 ]} después de dos intentos cancelados debido al mal tiempo. El sistema de guía se operó en bucle cerrado por primera vez y se intentó recuperar la cubierta de la carga útil, que estaba equipada con un globo diseñado para liberar tinte marcador verde en el océano. La cubierta fue avistada por los equipos de recuperación, pero se hundió en el océano y no pudo ser localizada. La fase del vuelo Atlas y la fase inicial del vuelo Centaur transcurrieron sin incidentes. La misión se torció cuando el Centaur no pudo reiniciarse debido a una modificación de diseño mal concebida: los cohetes de ajuste de carga se redujeron de tamaño para ahorrar peso, sin embargo, resultaron insuficientes para asentar los propelentes en los tanques. Posteriormente, la liberación de hidrógeno provocó que el vehículo perdiera el control. Tras diez órbitas, el Centaur reingresó a la atmósfera sobre el Pacífico Sur el 12 de diciembre de 1964. ^{[ 6 ]}

El vuelo AC-5 (Atlas 156D) del 2 de marzo de 1965 a las 13:25 GMT desde Cabo Kennedy en una órbita altamente elíptica, con una carga útil (Surveyor SD-1) de 951  kg, tenía como único objetivo realizar un solo encendido del Centaur C, y los responsables del programa se sentían seguros. Esta misión fue diseñada para ensayar un encendido completo de la etapa superior del Centaur en apoyo del programa del módulo de aterrizaje lunar Surveyor. En una misión nominal, el Centaur impulsaría su carga útil en una trayectoria de ascenso directo a la Luna . En este vuelo de prueba, la NASA planeó entregar la carga útil, un modelo dinámico no funcional conocido como SD-1, en una órbita de 167 × 926,625  km que simulaba una trayectoria de transferencia lunar.

El 20 de febrero de 1975, el AC-33 despegó transportando el satélite de comunicaciones Intelsat IV F-6 . El vuelo transcurrió según lo previsto hasta el BECO a T+140 segundos. Durante la separación del propulsor, un cable giratorio diseñado para extraer un conector eléctrico que suministraba energía a la sección del propulsor no se soltó, lo que provocó un pico de voltaje que reinició la computadora de guía del Atlas. Como resultado, el propulsor se desvió de su trayectoria de vuelo. El SECO se efectuó a tiempo a T+401 segundos, seguido de la separación del Centaur y el arranque de los motores, pero ya era evidente que la trayectoria lo llevaría al Océano Atlántico en lugar de a la órbita, por lo que el Oficial de Seguridad de Campo (RSO) envió la orden de autodestrucción a T+413 segundos. La investigación demostró que el cable no solo tenía un diseño inadecuado, sino que además era un componente comercial diseñado para equipos marinos y no para cohetes o aeronaves. El cordón de seguridad ya se había señalado como un problema potencial en 1967, y aunque se realizaron mejoras en algunos misiles Atlas SLV y en los misiles de la serie Atlas E/F, no se hizo ningún esfuerzo generalizado para reemplazarlos con un componente más adecuado. El satélite Intelsat de reserva ( Intelsat IV F-1 ) se lanzó con éxito a bordo de un AC-35 en mayo de 1975.

Dos años después, el 29 de septiembre de 1977, se realizó otro intento de lanzamiento de un satélite de comunicaciones Intelsat ( Intelsat IVA F-5 ) en el AC-43. Poco después del despegue, se detectaron temperaturas anormales en la sección de empuje del Atlas, las cuales continuaron aumentando a medida que el cohete ascendía. Se pudo observar un incendio visible en la sección de empuje a partir de los T+33 segundos, y la presión hidráulica del control del vector de empuje sostenido se perdió a los T+55 segundos, lo que provocó la pérdida total del control del vehículo. La cofia de la carga útil y el satélite se desprendieron del cohete, y posteriormente el Atlas explotó cuando el incendio en la sección de empuje activó los tanques de propelente a los T+60 segundos. El Centaur voló libremente hasta que fue destruido por el Oficial de Seguridad de Campo unos segundos después. Funcionarios de la NASA y de la Fuerza Aérea de los EE. UU., que ya estaban ocupados investigando el fallo de lanzamiento de un cohete Delta tres semanas antes (OTS-1), dragaron los motores del Atlas del fondo del océano y los enviaron a Convair para su examen. Se concluyó que una fuga en el generador de gas, causada por una soldadura defectuosa de una tubería, provocó el sobrecalentamiento y el incendio en la sección de empuje del Atlas. La tubería también sufrió corrosión tras seis años almacenada en un depósito expuesto al aire salino de la costa de Florida, y el daño se encontraba en una zona no visible durante la inspección previa al vuelo. El Atlas utilizado en este vuelo había sido entregado a Cabo Cañaveral en 1971 y había permanecido almacenado desde entonces, un periodo inusualmente largo. Tras el accidente, la NASA inspeccionó su inventario de vehículos Atlas y encontró varias tuberías con soldaduras defectuosas que debían ser reemplazadas.

El 26 de marzo de 1987, el AC-67 no logró lanzar un satélite FLTSATCOM de la Armada . Las condiciones meteorológicas eran adversas ese día, con nubes densas y precipitaciones de moderadas a intensas. Las condiciones meteorológicas infringieron uno de los criterios de lanzamiento («La trayectoria de vuelo del vehículo no debe atravesar nubes de nivel medio de 6000 pies o más de profundidad, cuando el nivel de congelación se encuentra en las nubes»). El equipo meteorológico lo reportó como un problema de formación de hielo, no como un riesgo de rayos. Tras deliberar sobre el riesgo que suponía el hielo, los directores del programa de la NASA dieron luz verde al lanzamiento. El Atlas fue alcanzado por un rayo aproximadamente 48 segundos después del lanzamiento. El control del propulsor comenzó a fallar y se desintegró por cargas estructurales a los 50 segundos. El oficial de seguridad de la plataforma envió la orden de autodestrucción, pero no hubo evidencia de que el propulsor la recibiera. Los restos cayeron de las nubes sobre la plataforma de lanzamiento, la costa o aguas poco profundas cercanas, y fueron recuperados fácilmente. Se encontraron múltiples pequeños agujeros quemados en una sección del carenado de la carga útil debido a repetidos impactos de rayos. La prueba clave fue la computadora de vuelo del Atlas, que fue recuperada intacta y examinada. Se descubrió que la última orden emitida fue una señal para girar bruscamente los motores propulsores para enderezarlos, causada aparentemente por un pulso electromagnético inducido por un rayo que alteró una sola palabra en el programa de guiado. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

El lanzamiento provocó importantes revisiones de las directrices meteorológicas en Cabo Cañaveral. El 45.º Escuadrón Meteorológico utiliza normas desarrolladas después del incidente para determinar si las condiciones meteorológicas permiten un lanzamiento. ^{[ 16 ]}