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Etapa criogénica avanzada evolucionada

La Etapa Criogénica Avanzada Evolucionada ( ACES ) fue una etapa superior propuesta de oxígeno líquido / hidrógeno líquido producida por United Launch Alliance (ULA). Durante lo...

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La Etapa Criogénica Avanzada Evolucionada ( ACES ) fue una etapa superior propuesta de oxígeno líquido / hidrógeno líquido producida por United Launch Alliance (ULA). Durante los últimos cinco años del programa, se propuso el uso de ACES en el vehículo de lanzamiento espacial Vulcan diseñado por la empresa estadounidense United Launch Alliance. [ 1 ] El concepto ACES tenía como objetivo mejorar la vida útil en órbita de las etapas superiores actuales . [ 1 ]

En 2015, ULA anunció planes conceptuales para la transición del cohete Vulcan a la segunda etapa ACES, también conocida como Centaur Heavy, después de 2024. Inicialmente, Vulcan se lanzará con la etapa superior Centaur V. [ 2 ] Tanto Boeing como Lockheed Martin tenían conceptos ACES separados pero similares antes de la formación de ULA, de propiedad conjunta (50% Boeing/50% Lockheed Martin), a finales de 2006.

En definitiva, el concepto de etapa superior de larga duración nunca logró captar la atención prioritaria de ninguna de las empresas, ya que nunca obtuvo la financiación completa para su desarrollo por parte del gobierno estadounidense, la principal fuente de financiación para los cohetes Delta , Atlas y Vulcan. Sin embargo, algunos aspectos de los cambios previstos para ACES, como el mayor diámetro del tanque, se utilizaron finalmente en la etapa superior del Centaur V. [ 3 ]

Etapa evolucionada común avanzada

Dos conceptos de Etapa Criogénica Avanzada Evolucionada (ACES) fueron desarrollados originalmente en 2005 por Boeing y Lockheed Martin . [ 4 ] [ 5 ]

Para 2010, ULA había heredado la propiedad intelectual de ambas propuestas, y el concepto ACES había evolucionado hasta convertirse en una nueva etapa superior de alto rendimiento para ser utilizada en los vehículos de lanzamiento Atlas V y Delta IV / Delta IV Heavy . Ahora llamada Etapa Común Evolucionada Avanzada , ACES se propuso como una etapa superior de menor costo, más capaz y más flexible que complementaría, y tal vez reemplazaría, las etapas superiores existentes ULA Centaur y Delta Cryogenic Second Stage (DCSS). [ 1 ] Esta etapa superior estaba diseñada para incorporar un aislamiento mejorado para un mejor almacenamiento criogénico y duraciones de vuelo inercial más prolongadas. [ 6 ]

En abril de 2015, el nombre de la etapa volvió a ser el nombre original de Advanced Cryogenic Evolved Stage, ya que el nuevo diseño ULA Vulcan sería el único cohete de primera etapa destinado a utilizar ACES, comenzando no antes de 2023. [ 7 ]

En septiembre de 2020, ULA declaró que ya no estaban desarrollando activamente ACES. [ 3 ]

Etapa criogénica avanzada evolucionada

A partir de abril de 2015 ULA esperaba que ACES debutara en el vehículo de lanzamiento Vulcan no antes de 2023 [ 7 ] , pero en julio de 2015 se aclaró que probablemente no volaría hasta 2024-2025. [ 8 ] En 2018, ULA realizó varias presentaciones que nuevamente mostraron un debut de ACES en 2023. [ 9 ] Sin embargo, en 2019, ULA dijo que si bien aún planeaban desarrollar ACES, ya no tenían una fecha específica para ello. [ 9 ]

Se planeó que ACES utilizara la tecnología patentada Integrated Vehicle Fluids (IVF) de ULA para extender significativamente su vida útil en el espacio. [ 10 ]

ACES fue diseñado para incluir tanques de propulsor comunes en el mamparo con un diámetro de 5,4 m (18 pies) , capaces de transportar 68.000 kg (150.000 lb) de propulsor. [ 11 ]    

Etapa superior del Vulcan Centaur

A finales de 2017, ULA decidió adelantar el diámetro de 5,4 m (18 pies) y los elementos de aislamiento avanzados de la etapa superior ACES. Según el nuevo plan, la etapa superior de Vulcan es la Centaur V , con dos motores RL10 de LH2/LOX y sin IVF ni otra tecnología de duración extendida de ACES [ 1 ] como se había planeado para ACES. Se esperaba entonces que ACES tuviera el mismo diámetro de tanque que Centaur V, pero alargado (mayor longitud del tanque), con la posible adición de dos RL10 más e IVF. [ 12 ]  

El 11 de mayo de 2018, United Launch Alliance (ULA) anunció que el motor Aerojet Rocketdyne RL10 fue seleccionado para el Centaur V, tras un proceso de adquisición competitivo. [ 13 ]

Fluidos integrados para vehículos

La tecnología IVF utiliza un motor de combustión interna ligero para aprovechar el hidrógeno y el oxígeno del propulsor que se evaporan (normalmente se desperdician cuando los gases de evaporación se ventilan al espacio) para operar la etapa. El diseño incluyó la producción de energía, el mantenimiento de la actitud de la etapa [ 10 ] [ 14 ] y el mantenimiento de la presurización autógena de los tanques de propulsor . El uso de estos fluidos se diseñó para eliminar la necesidad de combustible de hidracina , helio para la presurización, [ 7 ] [ 15 ] : 4, 5 y casi todas las baterías del vehículo.

ULA diseñó el IVF para que fuera óptimo para operaciones de depósito , ya que solo sería necesario transferir hidrógeno líquido y oxígeno líquido , y, de construirse, podría extender la duración de las misiones de las decenas de horas actuales a varios días. [ 1 ] [ 15 ] : 2–4 [ 16 ] : 4

A partir de abril de 2015 , Roush Racing iba a producir un motor de combustión interna que se utilizaría para alimentar el sistema de FIV en ACES . [ 7 ]

En agosto de 2016, el presidente y director ejecutivo de ULA, Tory Bruno, dijo que tanto Vulcan como ACES estaban diseñados para ser aptos para vuelos tripulados. [ 17 ]

Posibles aplicaciones

Una posible aplicación de ACES, según indicó ULA en 2010, sería el uso de su mayor autonomía y capacidad de combustible como depósito de propulsor con capacidad de reabastecimiento en el espacio para recuperar objetos abandonados para su limpieza y desorbitación en el espacio cercano . Estos nuevos enfoques ofrecen la perspectiva técnica de reducir notablemente los costos de captura y desorbitación de objetos más allá de la órbita terrestre baja mediante la implementación de un régimen de licencias de lanzamiento de un lanzamiento hacia arriba y otro hacia abajo a las órbitas terrestres . [ 18 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 Zegler, Frank; Kutter, Bernard (2 de septiembre de 2010). Evolución hacia una arquitectura de transporte espacial basada en depósitos (PDF) . Conferencia y exposición AIAA SPACE 2010. Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica . Recuperado el 25 de enero de 2011. La conceptualización del diseño de ACES ha estado en marcha en ULA durante muchos años . Aprovecha las características de diseño de las etapas superiores Centaur y Delta Cryogenic Second Stage (DCSS) y pretende complementar y quizás reemplazar estas etapas en el futuro. El ACES base contendrá el doble de la carga de propulsor del Centaur o 4 m DCSS, lo que proporciona un aumento significativo del rendimiento en comparación con nuestras etapas superiores existentes. La carga de propulsor base de 41 mT está contenida en una etapa de mamparo común de 5 m de diámetro que es aproximadamente la misma longitud que las etapas superiores existentes de ULA.
  2. ↑ @jeff_foust (18 de enero de 2018). "Tom Tshudy, ULA: con Vulcan planeamos mantener la fiabilidad y la puntualidad de nuestros cohetes actuales, pero a un precio muy asequible. Primer lanzamiento a mediados de 2020" ( Tweet ) – vía Twitter .
  3. 1 2 Foust, Jeff (11 de septiembre de 2020). "ULA estudia mejoras a largo plazo para Vulcan" . Recuperado el 4 de marzo de 2021. Peller describió ACES como un concepto que ULA ya no está desarrollando activamente. "Realizamos muchos estudios e invertimos mucho en el desarrollo tecnológico para evaluar la viabilidad de algunas de las características innovadoras de ACES", dijo. "Eso nos ha sido muy útil, porque gran parte del trabajo original de ACES tiene su huella en nuestra nueva versión de Centaur, el Centaur 5 que estamos implementando con Vulcan. Esos estudios de hace cinco u ocho años sin duda nos fueron muy útiles y nos encaminaron por buen camino para la evolución de nuestras etapas superiores. Continuaremos evolucionando nuestra etapa superior para satisfacer las necesidades del mercado en el futuro".
  4. ↑ LeBar, JF; Cady, EC (2006). "La etapa criogénica avanzada evolucionada (ACES): un enfoque de bajo costo y bajo riesgo para el lanzamiento de exploración espacial" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 27 de marzo de 2016. Recuperado el 2 de enero de 2016 .
  5. ↑ 2006: Extensibilidad del Centauro para larga duración. Archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine , Gerard Szatkoski, et al., NASA/KSC y Lockheed Martin Space Systems Company, (Documento de la Conferencia AIAA Space 2006 n.º 60196), consultado el 20 de octubre de 2015.
  6. ↑ 2005: Extensibilidad del Atlas Centaur para aplicaciones espaciales de larga duración. Archivado el 9 de enero de 2016 en Wayback Machine , Bernard F. Kutter; Frank Zegler; et al.; Lockheed Martin Space Systems Company, (AIAA 2005-6738), consultado el 20 de octubre de 2015.
  7. 1 2 3 4 Gruss, Mike (13 de abril de 2015). "El cohete Vulcan de ULA se presentará por etapas" . SpaceNews . Recuperado el 18 de abril de 2015 .
  8. ↑ Bruno, Tory (28 de julio de 2015). "@MrMonster911 @PopSci @ulalaunch El facilitador será ACES, nuestra etapa superior de ultra larga duración. Se planea su lanzamiento en el período 2024-2025" . twitter.com . Consultado el 11 de agosto de 2017 .
  9. 1 2 Henry, Caleb (20 de noviembre de 2019). "ULA se muestra vaga sobre el cronograma de actualización del Vulcan" . SpaceNews . Recuperado el 26 de noviembre de 2019. La mayor capacidad de la etapa superior está en algún punto del futuro .
  10. 1 2 Ray, Justin (14 de abril de 2015). "El jefe de ULA explica la reutilización y la innovación del nuevo cohete" . Spaceflight Now . Recuperado el 18 de abril de 2015 .
  11. ↑ "2-1 Transporte y recursos propulsores en la economía cislunar-Kutter.pdf" (PDF) . 12 de junio de 2018. Consultado el 20 de enero de 2019 .
  12. ↑ "Póster seccionado del Vulcan Centaur de ULA" (PDF) . ULA . Consultado el 7 de noviembre de 2019 .
  13. ↑ "United Launch Alliance selecciona el motor RL10 de Aerojet Rocketdyne" . ULA. 11 de mayo de 2018. Consultado el 13 de mayo de 2018 .
  14. ↑ Boyle, Alan (13 de abril de 2015). "United Launch Alliance nombra audazmente a su próximo cohete: ¡Vulcan!" . NBC News . Consultado el 18 de abril de 2015 .
  15. 1 2 Barr, Jonathan (2015). Concepto de la etapa ACES: mayor rendimiento, nuevas capacidades a un menor coste recurrente (PDF) . Conferencia y exposición AIAA SPACE 2015. Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica. Archivado del original (PDF) el 13 de marzo de 2016. Recuperado el 18 de marzo de 2016 .
  16. ↑ Barr, Jonathan; Kutter, Bernard (2010). Fase 2 EELV: una opción de configuración antigua con nueva relevancia para el transporte de carga pesada en el futuro (PDF) . Conferencia y Exposición AIAA SPACE 2010. Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica. Archivado del original (PDF) el 13 de marzo de 2016. Recuperado el 17 de abril de 2016 .
  17. ↑ Tory Bruno ."@A_M_Swallow @ULA_ACES Tenemos la intención de evaluar a humanos a Vulcan/ACES"" . twitter.com . Consultado el 30 de agosto de 2016 .
  18. ↑ Zegler, Frank (2 de septiembre de 2010). "Evolucionando hacia una arquitectura de transporte espacial basada en depósitos" (PDF) . United Launch Alliance. págs. 13–14 . Archivado (PDF) del original el 20 de octubre de 2011. Recuperado el 25 de enero de 2011. para deshacerse de estas naves espaciales obsoletas o abandonadas todos los [enfoques] implican un gasto de delta V sustancialmente mayor que el tradicional. Es muy posible que se requiera que las naves espaciales antiguas se retiren al mismo tiempo que se colocan las nuevas. ... [esta arquitectura] anticipa la tarea de retirar las naves espaciales abandonadas al proporcionar una infraestructura que permita estas misiones de alto ΔV y posibilita el probable nuevo paradigma de retirar una nave espacial por cada una desplegada . 
  • Sitio web oficial de United Launch Alliance
  • Evolución de la etapa superior de ULA , Mark Wilkins, United Launch Alliance, 2009
  • Fluidos integrados para vehículos de ULA , vídeo publicado por ULA el 2 de abril de 2015.
  • Innovación de ULA: Etapa criogénica avanzada evolucionada, Parte 1 , vídeo, publicado por ULA el 4 de marzo de 2016.