Sistema de dos etapas para alcanzar la órbita

Un cohete de dos etapas a órbita ( TSTO , por sus siglas en inglés) es un vehículo de lanzamiento en el que dos etapas distintas proporcionan propulsión de forma consecutiva para alcanzar la velocidad orbital. Se sitúa entre un lanzador de tres etapas a órbita y un hipotético lanzador de una sola etapa a órbita (SSTO, por sus siglas en inglés).

En el momento del despegue, la primera etapa es la responsable de acelerar el vehículo. En algún momento, la segunda etapa se separa de la primera y continúa orbitando por sus propios medios.

Estos sistemas presentan ventajas sobre ambas alternativas. A diferencia de una nave de una sola etapa a órbita, la mayor parte de la masa en vacío no se transporta a órbita. Esto resulta en una mayor fracción de la masa a órbita como carga útil, en lugar de "peso muerto", lo que reduce el costo de lanzamiento. ^{[ 1 ]} Simultáneamente, es menos complejo y tiene menos eventos de separación que un sistema con más etapas, lo que reduce el costo y el riesgo de falla. ^{[ 2 ]}

• Histórico
  • Cosmos-3M
  • Delta IV Medio
  • Halcón 1
  • Saturno IB
  • Titan II GLV
  • Tsyklon-2
  • Zenit-2 y Zenit-2M
• Actual
  • Atlas V 401 y 501
  • Electrón
  • Halcón 9
  • Centauro Vulcano
• En desarrollo
  • Angara 1.2
  • Nave espacial
  • Nuevo Glenn
  • Miura 5

No siempre está claro cuándo un vehículo es un TSTO, debido al uso de cohetes propulsores auxiliares en el lanzamiento. Estos se sueltan al principio del vuelo y pueden o no considerarse una etapa adicional si el/los motor/es principal/es continúa/n funcionando. A veces se consideran media etapa, lo que lleva a la expresión una etapa y media a órbita (1.5STO), por ejemplo, para el Long March 5B ^{[ 3 ]} o el misil Atlas , ^{[ 4 ] [ 5 ]} que era una sola etapa principal con propulsores adicionales. De manera similar, los diseños de dos etapas con propulsores adicionales pueden denominarse cohetes de 2.5 etapas, por ejemplo, el Ariane 5 o la mayoría de las variantes del Atlas V (todas excepto el 401 y el 501).

En lo que respecta a los sistemas de lanzamiento reutilizables, este enfoque se propone a menudo como alternativa a los sistemas de lanzamiento de una sola etapa a órbita ( SSTO ). Sus defensores argumentan que, dado que cada etapa puede tener una menor relación de masa que un sistema de lanzamiento SSTO, dicho sistema puede construirse más lejos de los límites de sus materiales estructurales. Se argumenta que un diseño de dos etapas debería requerir menos mantenimiento, menos pruebas, experimentar menos fallos y tener una vida útil más larga. Además, el enfoque de dos etapas permite optimizar la etapa inferior para operar en la atmósfera inferior de la Tierra, donde la presión y la resistencia son elevadas, mientras que la etapa superior puede optimizarse para operar en las condiciones de casi vacío de la última parte del lanzamiento. Esto permite aumentar la fracción de masa de la carga útil de un vehículo de dos etapas en comparación con los vehículos de una sola etapa o de etapa y media, que deben operar en ambos entornos utilizando el mismo hardware.

Los críticos argumentan que la mayor complejidad del diseño de dos etapas separadas que deben interactuar, la logística que implica el regreso de la primera etapa al sitio de lanzamiento y las dificultades de realizar pruebas incrementales en una segunda etapa superarán estos beneficios. En el caso de las etapas inferiores tipo avión, también argumentan lo difícil y costoso que resulta desarrollar y operar aeronaves de alta velocidad (como el SR-71 ), y cuestionan las afirmaciones sobre su rendimiento. Varios diseños de "minitransbordadores" que utilizan aviones de transporte como primeras etapas también enfrentan problemas similares con el hielo/espuma que el Transbordador Espacial, debido a la necesidad de que también lleven un gran tanque externo para su combustible.

Hasta 2023, SpaceX y la NASA son los únicos proveedores de lanzamiento que han logrado reutilizar la primera etapa de un vehículo orbital con el Falcon 9 de dos etapas y el Falcon Heavy de 2,5 etapas de SpaceX , y los cohetes propulsores sólidos del transbordador espacial de la NASA . Rocket Lab ha recuperado varias primeras etapas de su cohete Electron , pero no las ha vuelto a utilizar.

• De una sola etapa a órbita