SpaceX está intentando lograr una hazaña enorme de ingeniería aeroespacial. Busca aterrizar la primera etapa de su cohete Falcon 9-R en una plataforma flotante en el mar. Normalmente, esta acabaría en el fondo del océano. Si lo consigue, SpaceX sacudirá el mercado de lanzamientos de cohetes al reducir en millones de dólares los costos de lanzamiento.
Sea cual sea el resultado, el lanzamiento representa la culminación de una serie de logros notables en la ciencia de los cohetes. Marca nuevos avances en el reinicio de motores de cohete, el control de orientación, la guía y navegación, la protección térmica y, por supuesto, el despliegue del tren de aterrizaje. Hasta ahora, la trayectoria de SpaceX en el sector ha sido fenomenal. Si otros proveedores comerciales aún no han tomado conciencia de la competencia, este lanzamiento podría obligarlos a prestarle atención.
Todo lo que sube tiene que bajar
Los cohetes actuales son maravillas de un solo uso. Consumen combustible en unos minutos y amerizan en los océanos terrestres tras haber colocado su carga útil en la trayectoria correcta. Esto es un desperdicio, y por eso los científicos han soñado con construir vehículos de lanzamiento reutilizables.
El santo grial de los lanzadores de cohetes es un concepto conocido como vehículo de una sola etapa hasta la órbita (SSTO, por sus siglas en inglés). La idea consiste en utilizar un vehículo de lanzamiento reutilizable (RLV) capaz de llevar una carga útil a la órbita, volver a entrar en la atmósfera terrestre y aterrizar, para luego repostar. El proceso puede repetirse entonces con una breve pausa entre vuelos.
Aunque en el Reino Unido se están dando algunos pasos en esta dirección, con el desarrollo de los motores cohete SABRE para el vehículo SSTO Skylon, lograr un sistema de este tipo que sea fiable y tenga un costo razonable sigue siendo un desafío, tanto en lo que respecta a los materiales como a la tecnología de motores. Los fabricantes del motor SABRE proponen superar la barrera energética tomando de la atmósfera al menos parte del oxidante necesario para la combustión y alternando entre combinaciones de respiración de aire y alimentación con cohete.
La realidad es que alcanzar la órbita con un solo vehículo y un motor puramente cohete, en el que todo el combustible y el oxidante para la combustión se almacenen a bordo, sigue estando fuera de nuestro alcance. Incluso cuando la masa del propelente representa el 90 % del peso total del vehículo, los vehículos de lanzamiento desechables deben mantener un equilibrio extremadamente ajustado entre la masa del propelente, la estructura de soporte del vehículo y la carga útil. Esto significa que la masa de la carga útil que alcanza la órbita final suele ser apenas del 2 % al 4 % del peso inicial del lanzador.
La única forma en que podemos alcanzar la órbita actualmente es desprendernos de la masa innecesaria de la estructura de soporte y los tanques de combustible a medida que el lanzador consume el combustible. Así se crea un cohete de varias etapas. Estas pueden estar dispuestas en serie, apiladas una encima de otra, como en el cohete Falcon 9-R de SpaceXs’, o en paralelo, como en el transbordador espacial de la NASA.
El único precedente
El transbordador espacial de la NASA fue un intento de producir un lanzador parcialmente reutilizable: se hacía reentrar y aterrizar el orbitador, y también se recuperaban los propulsores de cohete sólido mediante paracaídas. Sin embargo, los enormes costos recurrentes de los programas y los desastres de los transbordadores Challenger y Columbia, que causaron la muerte de 14 astronautas, pusieron de relieve la dificultad de lograr una reutilización verdadera y fiable.
Parece absurdo que prefiramos arrojar al fondo del océano algunos de los ejemplos más sobresalientes y costosos de la ciencia y la ingeniería humanas. Sin embargo, dadas las limitaciones, los gobiernos y las agencias parecen incapaces de plantearse recuperarlos y reutilizar la tecnología. Por eso, durante los últimos 50 años, los vehículos de lanzamiento desechables (ELV) han sido el pilar de la industria comercial de lanzamientos.
La trayectoria de SpaceX hasta ahora no ha estado exenta de dificultades. Este es su tercer intento de probar esta tecnología. Los dos primeros intentos de lanzamiento se cancelaron debido a fallos de última hora.
Y aunque SpaceX lo consiga, tendrá que demostrar que esta tecnología es una alternativa económicamente viable a los vehículos de lanzamiento desechables. Para ello, deberá evitar las largas y costosas tareas de reacondicionamiento que plagaron el programa del transbordador espacial.
No será fácil. La reutilización implica que el Falcon 9-R incorpora mayor complejidad, más sistemas y más masa, lo que reduce la carga útil total y disminuye su rendimiento.
Sin embargo, SpaceX no rehúye los desafíos y sigue adelante a toda velocidad, con una multitud de logros. La velocidad con que SpaceX ha pasado del concepto a la realidad apenas ha dado tiempo a otros actores comerciales para evaluar el impacto que tendrá en sus planes de negocio, y mucho menos para reaccionar.
Este artículo se publica en colaboración con The Conversation. Su publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde estas opiniones.
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Autor: El Dr. Grubisic es especialista en el desarrollo y las pruebas de sistemas de propulsión avanzados para naves espaciales.
Imagen: El cohete Falcon 9, que SpaceX lanzará en una misión de reabastecimiento de carga a la Estación Espacial Internacional, permanece en la plataforma de lanzamiento 40 tras cancelarse un intento de lanzamiento en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral, en Cabo Cañaveral, Florida, el 6 de enero de 2015. REUTERS/Scott Audette.
