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Aparcar a 100 km/h y a la primera: la tecnología de los aterrizajes de SpaceX

El Confidencial El Confidencial 06/05/2016 Jaume Esteve

El 22 de diciembre, SpaceX logró aterrizar su Falcon 9 por vez primera. Lo hizo en tierra, en Cabo Cañaveral. Hace pocas semanas, el 3 de abril, la firma liderada por Elon Musk logró el segundo aterrizaje, esta vez sobre el mar. Hoy, seis de mayo, la compañía con sede en California acaba de apuntarse su tercer éxito: ha lanzado el JCSAT 14, un satélite de comunicaciones nipón, aterrizado con éxito el Falcon 9 de nuevo en una plataforma flotante.

[En imágenes: el histórico aterrizaje de SpaceX sobre el mar como nunca lo habías visto]

Por el momento, SpaceX es la única empresa que lo ha logrado en una misión comercial ya que los aterrizajes de Blue Origin han sido siempre en vuelos de prueba. Aunque la maniobra pueda parecer sencilla, dados los cuatro años que han pasado entre las primeras pruebas de SpaceX y sus logros recientes, la realidad es mucho más tozuda. Los diferentes contratiempos a los que se enfrentó la firma, que ya ha volado tres primeras etapas del Falcon 9 al intentar aterrizarlo, son un buen indicador de la dificultad del aterrizaje.

"Imagina aparcar un coche que se conduce solo y que circula a cien kilómetros por hora en una sola frenada, en un lugar muy estrecho y con una sola maniobra", explica Hugh Hunt, doctor en ingeniería por la universidad de Cambridge. "Piensa que no hay una decelaración suave y que encima lo haces encima de una plataforma que se mueve en tres dimensiones, al estar en el mar".

Para comprender la fuerza necesaria para aterrizar un Falcon 9, es importante saber la energía que necesita el cohete para llevar suministros al espacio. Hunt tira de matemáticas para hacer el cálculo. Si la Estación Espacial Internacional se mueve a 7.700 metros por segundo es necesario lograr una energía cinética de treinta megajulios.

Pero no se trata tan sólo de lograr esa velocidad ya que hay que superar la gravedad terrestre para lograr un impulso que permita que los suministros logren una órbita de 400 kilómetros de altura. Para ello, cada kilo que se lanza al espacio necesita una energía gravitacional potencial adicional de cuatro megajulios por cada kilo.

El peso es uno de los factores cruciales en el lanzamiento de una carga al espacio y es uno de los factores que determinan que el combustible que emplea SpaceX, y otros operadores espaciales, sea líquido en lugar de sólido. El primero necesita de 4,5 kilos para llevar ese kilo de materiales al espacio a una velocidad de 7.700 metros por segundo mientras que si se opta por el sólido haría falta cargar más de veinte kilos para elevar la misma carga. 

Gráfico que explica los diferentes pasos que sigue la primera etapa de un Falcon 9 antes de aterrizar. (SpaceX) © Proporcionado por El Confidencial Gráfico que explica los diferentes pasos que sigue la primera etapa de un Falcon 9 antes de aterrizar. (SpaceX)

Una vez resuelta la lógica del lanzamiento entra en juego la del aterrizaje. Y aquí hay que diferenciar entre las misiones que se sitúan en la baja órbita terrestre o las que se sitúan en una órbita geosíncrona, a 35.000 kilómetros. Para los primeros, la etapa inicial del Falcon 9 se separa del resto de la carga a unos 1.600 metros por segundo mientras que para la segunda aumenta hasta los 2.200 o 2.500, y lo hace, aproximadamente, a los tres minutos de haber iniciado la misión.

Es en ese momento cuando se inicia la maniobra de reentrada, cuando la nave, desprovista de la mayoría de combustible, tiene un peso algo superior a los 3.000 kilos. "No hace falta mucho combustible para aterrizar ya que la mayoría se gasta durante el despegue", apunta Hunt. La primera etapa gira 180 grados para que los nueve motores del Falcon 9 apunten en la misma dirección en la que se mueve para frenar e iniciar un descenso controlado como se puede apreciar en el vídeo bajo estas líneas, que se grabó en el segundo intentó de aterrizaje, hace justo un año.

En ese descenso juega el encendido de los nueve motores así como cuatro rejillas metálicas que permiten controlar la dirección de la primera etapa para que se encuentre con la barcaza que espera, paciente, en el mar. En el descenso, la estructura metálica pasa de descender a unos 1.000 metros por segundo (2.000 en el caso de las misiones geosíncronas) a posarse en tierra a unos 6 m/s. Para hacerlo se vale de los motores y las rejillas así como de la propia atmósfera terrestre, que se encarga de frenar el vehículo durante la caída.

Que SpaceX decida aterrizar en tierra o en alta mar no es una cuestión de gustos ni un capricho de Elon Musk, como explica Hunt: "Por norma general, los lanzamientos de la costa oeste aterrizarán en tierra mientras que los de la costa este lo harán en el mar".

Hunt reconoce que es más fácil aterrizar en tierra aunque hacerlo en el mar permite hacer uso "de las buenas áreas de lanzamiento de la Costa Este" como Cabo Cañaveral. 

¿Cuánto se ahorra SpaceX?

La firma creada por Elon Musk y presidida por Gwynne Shotwell no hace públicos sus resultados financieros ya que es una compañía privada, por lo que todo lo que se sabe hasta la fecha del ahorro de cara a futuras misiones son las declaraciones que sus líderes han hecho en público. 

Shotwell anunció en marzo que la compañía esperaba que el coste de lanzamiento de un cohete reutilizado tuviera un ahorro del 30% respecto a la tarifa normal, que asciende a unos 60 millones, según el banco Jefferies International LLC, lo que dejaría el precio alrededor de los 42 millones. Pero SES, una firma luxemburguesa que ya ha enviado varios satélites junto a SpaceX, ha dicho que no tiene problema en utilizar uno de esos cohetes que ya han volado siempre que el precio esté cercano a los 30 millones.

Detalle del lanzamiento de un Falcon 9 desde Cabo Cañaveral. (EFE) © Proporcionado por El Confidencial Detalle del lanzamiento de un Falcon 9 desde Cabo Cañaveral. (EFE)

La cifra queda lejos del 75% que Elon Musk predijo en el pasado aunque el cohete, según los cálculos de SpaceX, se podrá reutilizar una docena de veces. Por el momento, la compañía ya ha hecho pruebas para verificar la integridad de las etapas que ya ha recuperado con éxito aunque se desconoce todavía si deberá hacer nuevos ajustes antes de un nuevo vuelo.

Los costes del combustible que carga un Falcon 9 se encuentran entre los 200.000 y los 300.000 dólares y Musk también ha anticipado la necesidad de recuperar las cubiertas que protegen los satélites y que se encuentran en la zona superior del vehículo: "Esas piezas cuestan varios millones".

Reutilizar un cohete es un paso clave para abaratar costes de acceso al espacio y allanar así el camino de la empresa privada hacia la Luna o Marte. Hunt no cree que sea descabellado: "Reutilizar un cohete permite parar en la Luna para repostar en un viaje a Marte. Puede que el ahorro actual no sea muy grande, pero los márgenes y los beneficios aumentarán con el paso de los años".

La primera etapa de un Falcon 9 descansa sobre una barcaza en el Atlántico después de haber aterrizado. (Reuters) © Reuters La primera etapa de un Falcon 9 descansa sobre una barcaza en el Atlántico después de haber aterrizado. (Reuters)
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