Vehículo de lanzamiento

Un vehículo de lanzamiento es típicamente un vehículo propulsado por cohete diseñado para transportar una carga útil (una nave espacial tripulada o satélites ) desde la superficie terrestre o la atmósfera inferior hasta el espacio exterior . La forma más común es el cohete multietapa con forma de misil balístico , pero el término es más general y también abarca vehículos como el transbordador espacial . La mayoría de los vehículos de lanzamiento operan desde una plataforma de lanzamiento , con el apoyo de un centro de control de lanzamiento y sistemas como el ensamblaje y el repostaje del vehículo. ^{[ 1 ]} Los vehículos de lanzamiento están diseñados con aerodinámica y tecnologías avanzadas, lo que contribuye a altos costos operativos.

Un vehículo de lanzamiento orbital debe elevar su carga útil al menos hasta el límite del espacio, aproximadamente 150 km (93 millas) y acelerarla a una velocidad horizontal de al menos 7814 m/s (17 480 mph) . ^{[ 2 ]} Los vehículos suborbitales lanzan sus cargas útiles a menor velocidad o se lanzan con ángulos de elevación mayores que la horizontal.    

Los vehículos de lanzamiento orbital prácticos utilizan propelentes químicos como combustible sólido , hidrógeno líquido , queroseno , oxígeno líquido o propelentes hipergólicos .

Los vehículos de lanzamiento se clasifican según su capacidad de carga útil orbital, que va desde cargas pequeñas , medianas , pesadas hasta superpesadas .

Los vehículos de lanzamiento son clasificados por la NASA según su capacidad de carga útil en órbita terrestre baja : ^{[ 3 ]}

• Vehículo de lanzamiento de carga pequeña : < 2000 kilogramos (4400 lb) – por ejemplo Vega ^{[ 4 ]} 
• Vehículo de lanzamiento de carga media : de 2.000 a 20.000 kilogramos (de 4.400 a 44.100 lb) – por ejemplo Soyuz ST ^{[ 5 ]} 
• Vehículo de lanzamiento de carga pesada : de 20.000 a 50.000 kilogramos (de 44.000 a 110.000 lb) – por ejemplo, Ariane 5 ^{[ 5 ]} 
• Vehículo de elevación superpesado : > 50.000 kilogramos (110.000 lb) – por ejemplo, Saturno V ^{[ 6 ]} 

Los cohetes sonda son similares a los vehículos de lanzamiento de carga pequeña, sin embargo, suelen ser aún más pequeños y no colocan cargas útiles en órbita. Un cohete sonda SS-520 modificado se utilizó para colocar una carga útil de 4 kilogramos ( TRICOM-1R ) en órbita en 2018. ^{[ 7 ]}

Los vuelos espaciales orbitales requieren que un satélite o una nave espacial acelere su carga útil a alta velocidad. En el vacío del espacio, la eyección de masa debe proporcionar fuerzas de reacción, lo que da lugar a la ecuación del cohete . La física de los vuelos espaciales exige que, por lo general, se requieran etapas de cohete para alcanzar la órbita deseada.

Los vehículos de lanzamiento desechables están diseñados para un solo uso, con propulsores que generalmente se separan de su carga útil y se desintegran durante la reentrada atmosférica o al contacto con el suelo. En cambio, los vehículos de lanzamiento reutilizables están diseñados para ser recuperados intactos y lanzados de nuevo. El SpaceX Falcon 9 es un ejemplo de un vehículo de lanzamiento reutilizable. ^{[ 8 ]} Hasta 2023, todos los vehículos de lanzamiento reutilizables que alguna vez estuvieron operativos han sido parcialmente reutilizables, lo que significa que algunos componentes se recuperan y otros no. Esto generalmente significa la recuperación de etapas específicas, por lo general solo la primera etapa, pero a veces se pueden recuperar componentes específicos de una etapa del cohete mientras que otros no. El transbordador espacial , por ejemplo, recuperó y reutilizó sus propulsores de cohete sólido , el orbitador del transbordador espacial que también actuaba como una segunda etapa, y los motores utilizados por la etapa central (el RS-25 , que estaba ubicado en la parte posterior del orbitador), sin embargo, el tanque de combustible del que los motores obtenían el combustible, que estaba separado de los motores, no se reutilizó.

Por ejemplo, la Agencia Espacial Europea es responsable del Ariane V , y la United Launch Alliance fabrica y lanza los cohetes Delta IV y Atlas V.

Ubicaciones de las plataformas de lanzamiento

Las plataformas de lanzamiento pueden estar ubicadas en tierra ( puerto espacial ), en una plataforma oceánica fija ( San Marco ), en una plataforma oceánica móvil ( Sea Launch ) y en un submarino . Los vehículos de lanzamiento también pueden ser lanzados desde el aire .

Después de 1980, pero antes de la década de 2010, dos vehículos de lanzamiento orbital desarrollaron la capacidad de regresar al sitio de lanzamiento. Tanto el transbordador espacial estadounidense —con uno de sus modos de aborto ^{[ 12 ] [ 13 ]} — como el Buran soviético ^{[ 14 ]} tenían la capacidad de regresar una parte del vehículo de lanzamiento al sitio de lanzamiento mediante el mecanismo de aterrizaje horizontal de la sección del avión espacial . En ambos casos, la estructura principal de empuje del vehículo y el gran tanque de propulsor eran desechables , como había sido el procedimiento estándar para todos los vehículos de lanzamiento orbital que volaron hasta entonces. Ambos fueron posteriormente demostrados en vuelos orbitales nominales reales, aunque ambos también tenían un modo de aborto durante el lanzamiento que teóricamente podría permitir a la tripulación aterrizar el avión espacial después de un lanzamiento no nominal. ^{[ 15 ]}

En la década de 2000, tanto SpaceX como Blue Origin desarrollaron de forma privada un conjunto de tecnologías para apoyar el aterrizaje vertical de la etapa propulsora de un vehículo de lanzamiento. Después de 2010, SpaceX emprendió un programa de desarrollo para adquirir la capacidad de recuperar y aterrizar verticalmente una parte del vehículo de lanzamiento orbital Falcon 9 : la primera etapa . El primer aterrizaje exitoso se realizó en diciembre de 2015. ^{[ 16 ]} Desde 2017, las etapas de los cohetes aterrizan de forma rutinaria en una plataforma de aterrizaje adyacente al sitio de lanzamiento o en una plataforma de aterrizaje en el mar, a cierta distancia del sitio de lanzamiento. ^{[ 17 ]} El SpaceX Falcon Heavy está diseñado de manera similar para reutilizar los tres núcleos que componen su primera etapa. En su primer vuelo en febrero de 2018, los dos núcleos exteriores regresaron a las plataformas de aterrizaje del sitio de lanzamiento, mientras que el núcleo central se dirigió a la plataforma de aterrizaje en el mar, pero no logró aterrizar en ella. ^{[ 18 ]}

Blue Origin desarrolló tecnologías similares para traer de vuelta y aterrizar su New Shepard suborbital , demostró con éxito el regreso en 2015 y reutilizó con éxito el mismo propulsor en un segundo vuelo suborbital en enero de 2016. ^{[ 19 ]} Para octubre de 2016, Blue Origin había vuelto a volar y aterrizado con éxito ese mismo vehículo de lanzamiento un total de cinco veces. ^{[ 20 ]} Las trayectorias de lanzamiento de ambos vehículos son muy diferentes, ya que New Shepard va directamente hacia arriba y hacia abajo, mientras que Falcon 9 cancela una velocidad horizontal sustancial y regresa desde una distancia significativa. ^{[ 21 ]}

Tanto Blue Origin como SpaceX también tienen vehículos de lanzamiento reutilizables adicionales en desarrollo. Blue Origin está desarrollando la primera etapa del New Glenn LV orbital para que sea reutilizable, con el primer vuelo planeado para no antes de 2024. SpaceX tiene un nuevo vehículo de lanzamiento superpesado en desarrollo para misiones al espacio interplanetario . El Starship de SpaceX está diseñado para permitir el regreso al sitio de lanzamiento, el aterrizaje vertical y la reutilización completa tanto de la etapa propulsora como de la segunda etapa/nave espacial grande integrada que están diseñadas para usarse con Starship. ^{[ 22 ]} Su primer intento de lanzamiento tuvo lugar en abril de 2023; sin embargo, ambas etapas se perdieron durante el ascenso. ^{[ 23 ]} El quinto intento de lanzamiento terminó con el Booster 12 siendo capturado (en su regreso) por la torre de lanzamiento, y Ship 30, la etapa superior, aterrizando con éxito en el Océano Índico. ^{[ 24 ]}

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