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Cohete sonda

Un Black Brant XII siendo lanzado desde las instalaciones de vuelo de Wallops. Un cohete sonda , también llamado cohete de investigación o cohete suborbital , es un cohete porta...

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Un Black Brant XII siendo lanzado desde las instalaciones de vuelo de Wallops.

Un cohete sonda , también llamado cohete de investigación o cohete suborbital , es un cohete portador de instrumentos diseñado para tomar mediciones y realizar experimentos científicos durante su vuelo suborbital . Estos cohetes se utilizan a menudo para lanzar instrumentos desde 50 a 150 km (30 a 90 millas) [ 1 ] sobre la superficie de la Tierra, una altitud generalmente intermedia entre la de los globos meteorológicos y la de los satélites ; la altitud máxima para los globos es de unos 40 km (25 millas) , y la mínima para los satélites es de aproximadamente 120 km (75 millas) . [ 2 ]      

Debido a su perfil de vuelo suborbital, los cohetes sonda suelen ser mucho más sencillos que sus homólogos construidos para vuelos orbitales. [ 2 ] Algunos cohetes sonda tienen un apogeo entre 1000 y 1500 km (600 y 900 mi) , como el Black Brant X y XII . Los cohetes sonda pueden volar a altitudes de hasta 3000 km (2000 mi) para permitir tiempos de observación de alrededor de 40 minutos y proporcionar observaciones geofísicas de la magnetosfera, la ionosfera, la termosfera y la mesosfera. [ 3 ]     

Etimología

El origen del término proviene del vocabulario náutico « sondear» , que consiste en lanzar una cuerda lastrada desde un barco al agua para medir su profundidad. El término en sí tiene sus raíces etimológicas en la palabra de las lenguas romances para «sonda» , de la cual existen sustantivos como «sonda» y «sonde» y verbos como «sondar» , que significa «realizar un sondeo o una encuesta». En el contexto de los cohetes, « sondear » equivale a «tomar una medición». [ 4 ]

Diseño

Ejemplos de cargas útiles para cohetes sonda

Los elementos básicos de un cohete sonda moderno son un motor de combustible sólido y una carga útil científica . [ 4 ] En algunos cohetes sonda, la carga útil puede ser simplemente una estela de humo, como en el Nike Smoke , que se utiliza para determinar la dirección y la fuerza del viento con mayor precisión que la que se puede obtener con globos meteorológicos . Un cohete sonda, como el Nike-Apache , puede depositar nubes de sodio para observar vientos a gran altitud. Los cohetes más grandes, que alcanzan mayor altitud, tienen múltiples etapas para aumentar la altitud y la capacidad de carga útil.

El vuelo de un cohete sonda consta de varias partes. Durante la fase de propulsión, el cohete quema su combustible para acelerar hacia arriba, casi verticalmente. Una vez que el motor consume todo su combustible, el cohete puede descender para permitir que la carga útil siga una trayectoria balística. La trayectoria del cohete es entonces casi parabólica, influenciada únicamente por la gravedad y una pequeña resistencia del viento a gran altitud. La velocidad disminuye cerca del punto más alto del vuelo, el apogeo , lo que permite que la carga útil permanezca alrededor de este punto durante unos minutos. [ 2 ] Finalmente, el cohete desciende, a veces desplegando una fuente de arrastre como un pequeño globo o un paracaídas . [ 4 ] El tiempo promedio de vuelo es inferior a 30  minutos; generalmente entre 5 y 20  minutos. [ 2 ]

Los cohetes sonda han utilizado globos, aviones y artillería como primeras etapas. El Proyecto Farside [ 5 ] [ 6 ] utilizó un rockoon [ 7 ] compuesto por un globo de 106.188 metros cúbicos (3.750.000 pies³ ) , que elevaba un cohete de cuatro etapas. Sparoair fue lanzado desde el aire desde cazas F4D y F-4 de la Armada. Los cohetes sonda también pueden ser lanzados desde cañones de artillería, como los de 5, 7 y 15 pulgadas ( 130, 180 y 380 mm ) del Proyecto HARP , que a veces cuentan con etapas de cohete adicionales. [ 8 ]   

Historia del desarrollo

Los primeros cohetes sonda utilizaban propulsor líquido , como el WAC Corporal , el Aerobee y el Viking . El V-2 de fabricación alemana se utilizó tanto en EE. UU. como en la URSS inmediatamente después de la Segunda Guerra Mundial. A partir de la década de 1950, se utilizaron propulsores militares excedentes y económicos, como los utilizados por el Nike , el Talos , el Terrier y el Sparrow . Desde la década de 1960, la mayoría de los cohetes sonda se han diseñado específicamente para este propósito, como el Black Brant canadiense de combustible sólido (que voló por primera vez en 1959). [ 9 ] A principios de la década de 1960, el cohete sonda se consideraba una tecnología establecida.

Estados Unidos y la URSS

Los primeros intentos de desarrollar cohetes sonda se realizaron en la Unión Soviética . La primera Conferencia de toda la Unión sobre el Estudio de la Estratosfera se celebró en Leningrado (actual San Petersburgo) en 1934. [ 10 ] La conferencia trató principalmente sobre radiosondas de globo ; sin embargo, un pequeño grupo de desarrolladores de cohetes buscaba desarrollar "cohetes registradores" para explorar la atmósfera superior. [ 11 ] Serguéi Korolev , quien más tarde se convertiría en la figura principal del programa espacial soviético, hizo una presentación en la que abogó por "el desarrollo de instrumentos científicos para cohetes de gran altitud para estudiar la atmósfera superior". [ 12 ] Los esfuerzos soviéticos para desarrollar un cohete sonda antes de la Segunda Guerra Mundial no tuvieron éxito. [ 11 ] El investigador Ivánov construyó un cohete de tres etapas que voló en marzo de 1946. Sin embargo, su desarrollo se interrumpió porque carecía del empuje suficiente para elevar una carga útil de investigación. [ 11 ]

El primer cohete sonda exitoso se creó en el Instituto Tecnológico de California (Caltech). En la década de 1930, un grupo de entusiastas de los cohetes se reunió allí bajo el liderazgo de Theodore von Kármán y Frank Malina . Durante la Segunda Guerra Mundial, participaron en varios programas de defensa, incluyendo el trabajo para producir un misil guiado llamado Corporal. Como paso intermedio, desarrollaron un cohete de propulsión líquida para cumplir con los requisitos del Cuerpo de Señales para un cohete sonda, [ 13 ] [ 14 ] capaz de transportar 11 kilogramos (25 lb) de instrumentos a 30 kilómetros (100 000 pies) . [ 15 ] Como este cohete carecía de un mecanismo de guiado, se le denominó WAC Corporal, por "sin control de actitud". Voló por primera vez en 1944 y rápidamente quedó obsoleto. Los cohetes alemanes V-2 capturados durante la Segunda Guerra Mundial eran más potentes y dominaron la cohetería estadounidense (incluidos los vuelos de cohetes sonda) a finales de la década de 1940, pero eran caros y de suministro limitado. [ 16 ] Combinando la capacidad de lanzamiento del V-2 y las técnicas de fabricación del WAC Corporal, el cohete sonda Aerobee fue desarrollado por la Aerojet Corporation como un cohete de investigación rentable. Más de 1000 Aerobees volaron entre 1947 y 1985. [ 17 ] : 57 [ 18 ] [ a ] ​​Otro reemplazo estadounidense para el V-2 fue el cohete Viking desarrollado por la Armada de los EE. UU. como cohete sonda y para avanzar en la tecnología de misiles guiados. [ 20 ] Voló hasta mediados de la década de 1950, y los dos últimos Vikings se utilizaron como parte de un intento apresurado de lanzar un satélite a la órbita. [ 21 ]  

La URSS también desarrolló cohetes sonda basados ​​en el V-2. En 1945, capturaron varias instalaciones clave de producción del V-2, desde donde Korolev supervisó el desarrollo del R-1, más fiable . Este se construyó principalmente como misil balístico táctico, pero también se utilizó como cohete sonda: dos R-1A volaron en 1949 como cohetes sonda, seguidos a principios y mediados de la década de 1950 por cuatro R-1B, dos R-1V, tres R-1D, cinco R-1E y un R-1E (A-1). [ 22 ] El R-2A podía alcanzar altitudes de 190 km (120 mi) y voló entre 1957 y 1962. [ 23 ] Quince R-5V volaron de 1965 a 1983. Dos R-5 VAO volaron en 1964 y 1965. [ 24 ] El primer cohete sonda soviético de combustible sólido fue el M-100 . [ 25 ] Unos 6640 cohetes sonda M-100 volaron de 1957 a 1990, lo que lo convierte en el cohete sonda más utilizado del mundo.  

Otros países

Otros usuarios tempranos de cohetes sonda fueron Gran Bretaña, Francia, Japón y Canadá. [ 9 ]

Gran Bretaña desarrolló la serie Skylark y el Skua para el Año Geofísico Internacional . [ 17 ]

Francia había comenzado el diseño de un Super V-2 , pero ese programa fue abandonado a finales de la década de 1940 debido a la incapacidad de Francia para fabricar todos los componentes necesarios. El desarrollo del Veronique comenzó en 1949, pero no fue hasta 1952 que se lanzó el primer Veronique a escala real. Las variantes del Veronique volaron hasta 1974. [ 17 ] [ 26 ] La familia Monica era toda de combustible sólido, y se construyeron varias versiones. Estas fueron reemplazadas posteriormente por la serie ONERA. [ 17 ]

Japón utilizó el cohete Kappa y también desarrolló cohetes de tipo rockoon. [ 17 ]

Canadá desarrolló el cohete sonda de combustible sólido Black Brant en la década de 1950, inicialmente para la investigación de la atmósfera superior y la tecnología de misiles antibalísticos. La altitud que alcanzó le valió a Canadá el título de "tercera nación en llegar al espacio". [ 9 ] Conocidos por su fiabilidad, los cohetes de la familia Black Brant continuaron siendo utilizados por la Agencia Espacial Canadiense y la NASA en la década de 2000.

La República Popular China fue la última nación en lanzar un nuevo cohete sonda de combustible líquido, el T-7 . [ 27 ] Su primer vuelo tuvo lugar en 1960 desde una plataforma de lanzamiento sencilla. [ b ] La familia de cohetes T-7 creó un linaje que condujo al programa de satélites chino. Fundamental en este programa fue Qian Xuesen (Tsien Hsue-shen en la transliteración de Wade Guiles), quien había trabajado con el grupo de Caltech.

Ventajas

Los cohetes sonda son ventajosos para algunas investigaciones debido a su bajo costo (a menudo utilizan motores de cohetes militares excedentes), [ 4 ] [ 2 ] tiempo de entrega relativamente corto (a veces menos de seis meses) [ 4 ] y su capacidad para realizar investigaciones en áreas inaccesibles para globos o satélites. También se utilizan como bancos de prueba para equipos que se utilizarán en misiones de vuelos espaciales orbitales más costosas y arriesgadas . [ 2 ] El tamaño más pequeño de un cohete sonda también permite el lanzamiento desde sitios temporales, lo que posibilita estudios de campo en ubicaciones remotas, incluidos barcos en el mar. [ 28 ]

Los cohetes sonda se han utilizado para examinar las pruebas nucleares atmosféricas al revelar el paso de la onda de choque a través de la atmósfera. [ 29 ] [ 30 ] En tiempos más recientes, los cohetes sonda se han utilizado para otras investigaciones sobre armas nucleares. [ 31 ]

Aplicaciones

Meteorología

Un Loki-Dart (en primer plano) en exhibición en el jardín de cohetes del Campo de Pruebas de Misiles de White Sands.

Las observaciones meteorológicas , hasta una altitud de 75 km (50 millas) , se realizan con radiosondas , un tipo de cohete sonda para observaciones atmosféricas que consta de un cohete y una radiosonda . La radiosonda registra datos sobre temperatura , humedad , velocidad y dirección del viento , cizalladura del viento , presión atmosférica y densidad del aire durante el vuelo. También se pueden registrar datos de posición ( altitud y latitud / longitud ).  

Los cohetes meteorológicos más comunes son el Loki y el Super Loki . Suelen tener una altura de 3,7 m (12 pies) y están propulsados ​​por un motor de cohete de combustible sólido de 10 cm (3,9 pulgadas) de diámetro . El motor se separa a una altitud de 1500 m (4900 pies) y el resto de la sonda continúa su trayectoria hasta alcanzar su apogeo , o punto más alto. Pueden lanzarse a una altitud de entre 20 y 113 km (12 y 70 millas) .        

Investigación

Los cohetes sonda se utilizan comúnmente para:

Doble uso

Debido a la gran relevancia militar de la tecnología de misiles balísticos, siempre ha existido una estrecha relación entre los cohetes sonda y los misiles militares. Se trata de una tecnología típica de doble uso , que puede emplearse tanto para fines civiles como militares. [ 33 ] Durante la Guerra Fría , la República Federal de Alemania cooperó en este tema con países que no habían firmado el Tratado de No Proliferación de Armas Nucleares en ese momento, como Brasil, Argentina e India. En el curso de las investigaciones del movimiento pacifista alemán , esta cooperación fue revelada por un grupo de físicos en 1983. [ 34 ] El debate internacional que se desencadenó condujo al desarrollo del Régimen de Control de la Tecnología de Misiles (RTCM) a nivel de los estados del G7. Desde entonces, se han elaborado listas de equipos tecnológicos cuya exportación está sujeta a estrictos controles dentro del marco del RTCM.

Principales operadores y programas

  • El Centro Espacial de Andøya, en Noruega, opera desde 1962 dos plataformas de lanzamiento de cohetes sonda: una en Andøya y otra en Svalbard.
  • El campo de tiro Poker Flat Research Range es propiedad de la Universidad de Alaska Fairbanks .
  • El programa británico de cohetes sonda Skylark comenzó en 1955 y se utilizó para 441 lanzamientos entre 1957 y 2005. El Skylark 12, de 1976, podía elevar 200 kilogramos (440 lb) a una altitud de 575 kilómetros (357 mi) . [ 35 ]  
  • Los británicos también desarrollaron el cohete sonda Falstaff como parte del programa Chevaline . Se realizaron ocho lanzamientos entre 1969 y 1979 desde el campo de pruebas de Woomera , en Australia.
  • Cedar, un programa de la Sociedad de Cohetes del Colegio Haigazian (Líbano), Ceadar 8 cruzó la línea de Karman [ 36 ].
  • El Centro Espacial Vikram Sarabhai (VSSC), principal centro de investigación y lanzamiento de la India, desarrolló y opera la serie de cohetes sonda Rohini . [ 37 ] [ 38 ]
  • La empresa Delft Aerospace Rocket Engineering, con sede en los Países Bajos, gestiona el programa de cohetes sonda Stratos, que alcanzó los 21,5 km (13,4 millas) en 2015.  
  • Exela Space Industries está desarrollando el cohete sonda Aims-1, que se lanzará a 100 km (60 millas) de altitud en 2035.  
  • Evolution Space opera el cohete sonda Gold Chain Cowboy con lanzamiento a 124,5 km (77,4 millas) el 22 de abril de 2023. [ 39 ]  
  • El Instituto Australiano de Investigación Espacial ( ASRI ) opera un Programa de Cohetes Sonda Pequeños (SSRP) para lanzar cargas útiles (principalmente educativas) a altitudes de aproximadamente 7 km (4,3 millas) .  
  • El Instituto Indio de Ciencia y Tecnología Espacial (IIST) lanzó un cohete sonda (Vyom) en mayo de 2012, que alcanzó una altitud de 15 km (9,3 millas) . El Vyom Mk-II se encuentra en su etapa de diseño conceptual con el objetivo de alcanzar una altitud de 70 km (43 millas) con una carga útil de 20 kg (44 libras) . [ 40 ]      
  • La Universidad de Queensland opera cohetes sonda Terrier-Orion (capaces de alcanzar altitudes superiores a los 300 km o 190 millas ) como parte de su investigación hipersónica HyShot .  
  • La Agencia Espacial Iraní lanzó su primer cohete sonda en febrero de 2007.
  • UP Aerospace opera el cohete sonda SpaceLoft XL , que puede alcanzar altitudes de 225 km (140 millas) .  
  • TEXUS y MiniTEXUS son programas de cohetes alemanes que se desarrollan en Esrange para los programas de investigación en microgravedad del DLR y la ESA .
  • Astrium opera misiones con cohetes sonda a nivel comercial, como contratista principal de la ESA o del Centro Aeroespacial Alemán (DLR).
  • MASER , programa de cohetes sueco en Esrange para los programas de investigación en microgravedad de la ESA.
  • MAXUS , programa de cohetes germano-sueco en Esrange para programas de investigación en microgravedad de la ESA.
  • La empresa pakistaní SUPARCO lanzó la serie Rehbar de cohetes sonda, basados ​​en la serie de cohetes estadounidenses Nike-Cajun , entre 1962 y 1971.
  • REXUS, programa de cohetes germano-sueco en Esrange para programas de experimentos estudiantiles del DLR y la ESA.
  • El programa de cohetes sonda de la NASA .
  • La JAXA opera los cohetes sonda de la serie S : S-310 / S-520 / SS-520.
  • La empresa estadounidense/neozelandesa Rocket Lab desarrolló la serie de cohetes sonda Ātea para transportar cargas útiles de 5 a 70 kg (11 a 154 lb) a altitudes de 250 km (160 mi) o más, y fue lanzada una vez el 30 de noviembre de 2009.    
  • Los cohetes Meteor se construyeron en Polonia entre 1963 y 1974.
  • El cohete Kartika I fue construido y lanzado en Indonesia por LAPAN en 1964, convirtiéndose en el cuarto cohete sonda de Asia, después de los de Japón, China y Pakistán.
  • La Unión Soviética desarrolló un extenso programa utilizando cohetes como el M-100 , el más utilizado de la historia; su sucesor, Rusia, fue el MR-20 y posteriormente el MR-30.
  • Desde 1965, Brasil ha estado desarrollando y lanzando su serie de cohetes sonda Sonda , que ha servido como base para sus esfuerzos de investigación y desarrollo. Otros cohetes incluyen el VSB-30 , diseñado por el Instituto de Aeronáutica y del Espacio (IAE), y el cohete PESL, creado por la empresa emergente PION Labs. [ 42 ]
  • El cohete Paulet I fue construido y lanzado en Perú por la Comisión Nacional de Investigación y Desarrollo Aeroespacial (CONIDA) en 2006, convirtiéndose en el primer cohete sonda del país y el tercero en Sudamérica, después de los de Brasil y Argentina.
  • La Experimental Sounding Rocket Association (ESRA) es una organización sin fines de lucro con sede en los Estados Unidos que ha organizado la Intercollegiate Rocket Engineering Competition (IREC) desde 2006. [ 43 ]
  • El Desafío Espacial Latinoamericano (LASC) es una competencia internacional que se lleva a cabo en Brasil y se centra en el lanzamiento de cohetes sonda y satélites experimentales desarrollados por estudiantes. Desde 2019, el evento ha atraído a equipos liderados por estudiantes de países latinoamericanos, así como de Turquía y Taiwán, para lanzar sus proyectos. [ 44 ]
  • ONERA, en Francia, lanzó un cohete sonda llamado Titus , desarrollado para la observación del eclipse solar total en Argentina el 12 de noviembre de 1966. Titus era un cohete de dos etapas con una longitud de 11,5 m (38 pies) , un peso de lanzamiento de 3,4 t (7500 libras) y un diámetro de 56 cm (22 pulgadas) . Alcanzó una altura máxima de 270 km (170 millas) . Fue lanzado dos veces en Las Palmas, Chaco, durante el eclipse, en colaboración con la agencia espacial argentina CNIE. [ 45 ]        
  • La Base Móvil de Cohetes del Centro Aeroespacial Alemán ( DLR MORABA ) diseña, construye y opera diversos tipos de cohetes sonda y vehículos personalizados en apoyo de programas de investigación nacionales e internacionales.
  • La empresa aeroespacial india Skyroot Aerospace lanzó el cohete sonda Vikram S el 18 de noviembre de 2022 y se convirtió en la primera entidad privada de la India en lograr esta hazaña. [ 46 ]
  • El Agnibaan SOrTeD fue lanzado por AgniKul Cosmos el 30 de mayo de 2024 desde Sriharikota . La compañía india lanzó el primer cohete del mundo con un motor de cohete impreso en 3D de una sola pieza . [ 47 ]
  • Interstellar Technologies es una empresa japonesa que está desarrollando el cohete sonda experimental MOMO .

Véase también

Notas

  1. ↑ Uno de los motores producidos para el Aerobee finalmente impulsó la segunda etapa del cohete Vanguard , que fue el primer vehículo de lanzamiento de satélites diseñado específicamente para tal fin . El motor AJ10 utilizado por muchos Aerobee evolucionó posteriormente al AJ10-190, que formó parte del sistema de maniobra orbital del transbordador espacial. [ 19 ]
  2. ↑ El primer sitio de lanzamiento del T-7 tenía el "centro de mando" y un generador de energía prestado en una cabaña de hierba separada del lanzador por un pequeño río, sin ningún equipo de comunicación entre ambos.

Referencias

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