Seguiremos juntos explorando nuevos mundos...
Wednesday, December 31, 2008
¡Feliz 2009!
Otro año que se va. Esperemos que el 2009 nos traiga lo mejor de nuestros deseos ¡Felicidades a todos/as!
Seguiremos juntos explorando nuevos mundos...
Seguiremos juntos explorando nuevos mundos...
Tuesday, December 30, 2008
El triste fin del Columbia
La NASA ha publicado el Columbia Crew Survival Investigation Report, donde se detalla la causa de la muerte de la última tripulación del primer transbordador de la historia. No debemos confundir este informe con el Columbia Accident Investigation Board, que explicaba las causas del accidente, pero aún así contiene mucha información que daría para varios posts, aunque podemos resumir hoy lo más importante. A diferencia de lo que apuntaban algunos informes, el fin tuvo lugar de forma bastante rápida:
Resumiendo, los cinco sucesos letales del accidente fueron (el último es obvio):
Ad astra per aspera. Semper Exploro.
After loss of control at GMT4 13:59:37 and prior to orbiter breakup at GMT 14:00:18, the Columbia cabin pressure was nominal and the crew was capable of conscious actions. The depressurization was due to relatively small cabin breaches above and below the middeck floor and was not a result of a major loss of cabin structural integrity. The crew was not exposed to a cabin fire or thermal injury prior to depressurization, cessation of breathing, and loss of consciousness. The depressurization incapacitated the crew members so rapidly that they were not able to lower their helmet visors.El traje ACES y los procedimientos relacionados con él no salen muy bien parados:
The majority of the SCSIIT findings related to the first lethal event were connected to the operational incompatibilities of the advanced crew escape suit (ACES) with the orbiter. The launch and entry suit was added in response to the Challenger accident, rather than as a part of the original vehicle design. The ACES was the successor to that suit. The suit protects the crew in many scenarios; however, there are several areas where integration difficulties diminish the capability of the suit to protect the crew. Integration issues include: the crew cannot keep their visors down throughout entry because doing so results in high oxygen concentrations in the cabin; gloves can inhibit the performance of nominal tasks; and the cabin stow/deorbit preparation timeframe is so busy that sometimes crew members do not have enough time to complete suit-related steps prior to atmospheric entry. As Columbia entered the atmosphere, one crew member was not yet wearing the ACES helmet and three crew members were not wearing gloves. Per nominal procedures, the crew wearing helmets had visors up. There was a period of about 40 seconds after the orbiter loss of control (LOC) but prior to depressurization when the crew was conscious and capable of action. Part of this short timeframe was undoubtedly employed in recognizing that a problem existed, as the indications of LOC developed gradually. The crew members could have closed their visors in this timeframe but did not. The SCSIIT attributed this to the training regimen, which separates vehicle systems training from emergency egress training and does not emphasize the transition between problem resolution and a survival situation. Once the cabin depressurization began, the rate of depressurization incapacitated the crew so quickly that even those crew members who had fully donned the ACES did not have time to lower their visors. Although circulatory systems functioned for a brief time, the crew could not have regained consciousness upon descent to lower altitudes due to the effects of the depressurization.[...] The change (from the crew's vantage point) from a nominal entry profile to the LOC and subsequent separation of the forebody from the orbiter all occurred in approximately 40 seconds.[...] The exact time and sequence that the crew and seats separated from the crew module is unknown. A comprehensive evaluation of ballistic analysis of debris, crew member remains, and crew worn equipment indicates that the middeck crew remains were separated from the crew module prior to the flight deck crew remains, supporting the conclusion that the flight deck stayed intact a few seconds longer than the middeck.[...] The dynamic pressure environment exposure caused the mechanical failure of the crew suits (common to high-speed accidents, but somewhat unexpected given the aerodynamic pressure of only 450 to 550 psf). The suit is designed to maintain structural integrity when exposed to a windblast that is up to 560 knots equivalent air speed (KEAS) (806 psf). This assumes that the helmet visor is down. The helmet visors being in the up position is the most likely explanation for the hastened disruption of the suits. Although suit disruption was primarily due to aerodynamic (mechanical) loads, the thermal environment and atomic oxygen in the atmosphere may have been a contributing factor.Tampoco salen muy bien los asientos de la tripulación, los cuales no la protegieron de las fuerzas de aceleración cuando el compartimento se separó de la nave. No es que unos asientos mejor diseñados hubiesen salvado a los desafortunados astronautas, pero es un dato a tener en cuenta para el diseño de la Orión:
The orbiter lost control, probably when the hydraulic systems failed due to hot gas intrusion in the left wing. The resulting motion was not lethal but did require bracing by the crew. The forebody (crew module and forward fuselage) eventually separated and the crew module lost pressure at orbiter break-up. When it separated, the forebody began a multi-axis rotation at approximately 0.1 revolution/second. Loads due to deceleration significantly decreased at the moment of breakup due to the change in ballistic number, but began to climb as the forebody continued to decelerate. After the crew module depressurized and the crew lost consciousness, the seat inertial reel mechanisms failed to lock despite the off-nominal motion. The reels were not defective; they were simply not designed to lock under the conditions the forebody experienced. The upper harness straps failed at some point prior to the forebody breakup, causing the straps to recoil back into the inertial reel mechanism. Because the reel mechanisms did not lock, the unconscious or deceased crew members were exposed to cyclical rotational motion while their upper bodies were inadequately restrained. Helmets that did not conform to the head and the lack of upper body restraint resulted in injuries and lethal trauma.
Resumiendo, los cinco sucesos letales del accidente fueron (el último es obvio):
- The first event with lethal potential was depressurization of the crew module, which started at or shortly after orbiter breakup.
- The second event with lethal potential was unconscious or deceased crew members exposed to a dynamic rotating load environment with nonconformal helmets and a lack of upper body restraint.
- The third event with lethal potential was separation from the crew module and the seats with associated forces, material interactions, and thermal consequences. This event is the least understood due to limitations in current knowledge of mechanisms at this Mach number and altitude. Seat restraints played a role in the lethality of this event.[...]Although the seat restraints played a significant role in the lethal-level mechanical injuries, there is currently no full range of equipment to protect for this event. This event was not survivable by any means currently known to the investigative team. All circulatory functions had ceased by the end of this phase.
- The fourth event with lethal potential was exposure to near vacuum, aerodynamic accelerations, and cold temperatures.
- The final event with lethal potential was ground impact.
Ad astra per aspera. Semper Exploro.
Kaguya en Youtube
La agencia espacial japonesa JAXA ha abierto un canal oficial de vídeos de Kaguya en Youtube. Una magnífica oportunidad para acercar al gran público los descubrimientos de esta maravillosa sonda.
Lanzamiento del shuttle
Bonito montaje del lanzamiento de un transbordador espacial de la mano del foro La Conquête Spatiale realizado a partir de imágenes de varias misiones y con comentarios de Patrick Baudry:
Un vistazo al Programa Constellation
The New York Times ha publicado una serie de diapositivas sobre el Programa Constellation de la NASA. Nada nuevo, pero la verdad es que las imágenes son bastante bonitas:
Monday, December 29, 2008
Cambios climáticos en Marte y Phoenix
Aunque ya ha dejado de funcionar, ahora es cuando los resultados de Phoenix empiezan a ser analizados y encajados en ese complejo puzzle que es nuestro conocimiento sobre Marte. Hace poco se celebró en San francisco el encuentro de la American Geophysical Union (AGU), donde se discutieron algunos resultados de la sonda. Emili Lakdawalla los explica de forma magistral en su blog, pero podemos resumir aquí los puntos más importantes:
Y ya que estamos hablando de Marte, aprovecho para comentar los resultados del radar SHARAD a bordo de la Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) publicados en Science hace varias semanas. Según estos resultados, SHARAD confirma la presencia de hielo de agua debajo de una capa de rocas en los antiguos glaciares marcianos. Se trata de una noticia importantísima que no discutí en su momento porque aparte de la nota de prensa de la NASA (sensacionalista y poco precisa, como suele ser habitual) no tenía más información. Tras leer un poco sobre el tema, parece que el descubrimiento es bastante sólido, aunque los datos geológicos del radar siempre hay que tomarlos con un poco de escepticismo (con a grain of sal, como dirían los guiris). La existencia de hielo de agua no es en sí un hecho excepcional, pues precisamente Phoenix se ha encargado de confirmar los datos de la Mars Odyssey acerca de la presencia de hielo en las regiones polares, además del hielo de sobras conocido que está en los casquetes polares. Lo que es muy significativo es que estos glaciares se encuentran en latitudes medias cercanos a la cuenca de Hellas.
Ejemplo de glaciar marciano captado por la Mars Global Surveyor (NASA).
Zona de Hellas con varias lenguas glaciares (vale la pena "darse una vuelta" por esta región en Google Mars).
Imagen 3D a partir de los datos de la Mars Express de uno de los ejemplos más claros de glaciares en Hellas (lo podemos ver en Google Mars). En este caso, la roca y el hielo han fluido desde el cráter pequeño, a la izquierda, hacia el cráter grande de la derecha (ESA).
Reconstrucción de la NASA de los glaciares durante su formación hace pocas decenas de miles (¿o miles?) de años (NASA).
Datos del radar SHARAD (centro y abajo), comparados con un modelo del terreno (NASA).
Así que estamos ante cambios climáticos en Marte. ¿Y cómo se producen? La causa más probable, conocida dese hace muchos años, es la combinación de la relativamente alta excentricidad de la órbita marciana (actualmente 0,093, frente a 0,0167 de la órbita terrestre) con la inestabilidad del eje de rotación (oblicuidad de la eclíptica). Puesto que Marte no tiene un satélite grande como nuestra Luna, la inclinación del eje puede experimentar dramáticas variaciones, lo que afecta drásticamente al clima marciano. La inclinación actual es de unos 25,2º, ¿qué pasa en otros casos?:
Marcas de glaciares (zonas de color claro) en los volcanes de Tharsis (USGS).
Varias estructuras glaciares en Hellas (NASA).
La polémica entre los estudiosos de Marte era la edad de estas estructuras. Al principio, todo apuntaba a que se trataban de formaciones que se remontaban al periodo Noachiano o Hesperio temprano, es decir, hace más de 3000 mil millones de años, cuando Marte tuvo un clima mucho más húmedo y hasta quizás océanos. Sin embargo, poco a poco se acumularon evidencias de una edad más temprana, en pleno periodo Amazonio (desde hace 1800 millones de años hasta la actualidad). Al analizar las imágenes en alta resolución de los supuestos glaciares extintos se pudo ver que eran formaciones geológicamente activas que presentaban movimientos propios de un fluido, aunque se suponía que se trataba de roca mezclada con pocas cantidades de hielo, de forma similar a los glaciares rocosos terrestres. En otros casos se suponía que se trataban de simples avalanchas de roca y hielo. Por eso los datos de la MRO son tan espectaculares: la existencia de hielo confirma que estas estructuras son glaciares "activos", es decir, estructuras con alto contenido en hielo, aunque en estado "aletargado", y recubiertos de una capa de roca.
Estructuras similares en forma, aunque no en escala, en la Tierra (arriba, Montañas de San Juan, Colorado, EE UU) y en la Cuenca de Hellas (abajo).
Por supuesto, estos resultados son un tremendo apoyo para los modelos que propugnan grandes cambios climáticos basados en oscilaciones significativas de la inclinación del eje. Los glaciares de Hellas encajan en el modelo perfectamente, pues se supone que al aumentar la inclinación y sublimarse el hielo del casquete austral, la parte montañosa oriental de la Cuenca de Hellas interceptaría los vientos húmedos provenientes del polo sur, favoreciendo la formación de glaciares, como parece que es el caso.
Ni que decir tiene, el descubrimiento es una muy buena noticia para los partidarios de la colonización de Marte: ahí tenemos grandes reservas de hielo disponibles para cualquier base marciana en latitudes fáciles de alcanzar en cualquier misión y sin las limitaciones de temperatura e iluminación de las regiones polares.
Bueno, no creo que los glaciares marcianos nos permitan hacer realidad esta imagen, pero a lo mejor sí lo podríamos intentar en el casquete polar: ¿cómo será esquiar sobre hielo seco? (Pat Rawlings).
Referencias:
- El suelo marciano (al menos el suelo del las regiones árticas) es muy rico en sales de percloratos (sales formadas a partir del ion ClO4-), lo que ha constituido una relativa sorpresa para el equipo científico. Por lo visto, los percloratos son muy abundantes en las regiones áridas de la Tierra (algunos gramos por hectárea), pero en Marte lo son muchísimo más (varios gramos por metro cuadrado). ¿Y qué problema hay con los percloratos? Pues que cuando calentamos una muestra de suelo marciano, algo que intentó hacer el experimento TEGA de la Phoenix, los percloratos liberan grandes cantidades de oxígeno que "queman" cualquier traza de materia orgánica que pudiese haber en el suelo. Esto era algo imprevisto y que deberá tenerse en cuenta en las futuras misiones que intenten analizar los compuestos orgánicos.
- Por supuesto, TEGA confirma la presencia de hielo de agua y carbonato de calcio (CaCO3), pero pese a lo que se esperaba, este instrumento no detectó cantidades significativas de sulfatos.
- Los modelos de la distribución de hielo de la zona de aterrizaje indican que éste está situado a unos 5 cm de profundidad y parece que se encuentra en equilibrio con la atmósfera, lo que concuerda con lo observado por Phoenix. Además, hay varios patrones de polígonos superficiales (formados al contraerse y sublimarse el permafrost según las estaciones), lo que podría indicar distintos climas en los últimos 500 millones de años aproximadamente, lo que concuerda con la hipótesis de los cambios climáticos marcianos.
- Los resultados de otro instrumento de Phoenix, WCL (Wet Chemistry Lab), confirman la alcalinidad del suelo de Marte (con un pH de 8,3 más menos 0,5), una de las sorpresas de la misión. Además, WCL confirma la presencia de un 3% de carbonato de calcio en el suelo.
- Un suelo rico en sales puede permitir la condensación temporal de agua líquida pese a las adversas condiciones superficiales. En la siguiente imagen de una de las patas de la sonda se aprecian gotas que podrían deberse a este fenómeno (pinchar en la imagen para ver la animación):
Y ya que estamos hablando de Marte, aprovecho para comentar los resultados del radar SHARAD a bordo de la Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) publicados en Science hace varias semanas. Según estos resultados, SHARAD confirma la presencia de hielo de agua debajo de una capa de rocas en los antiguos glaciares marcianos. Se trata de una noticia importantísima que no discutí en su momento porque aparte de la nota de prensa de la NASA (sensacionalista y poco precisa, como suele ser habitual) no tenía más información. Tras leer un poco sobre el tema, parece que el descubrimiento es bastante sólido, aunque los datos geológicos del radar siempre hay que tomarlos con un poco de escepticismo (con a grain of sal, como dirían los guiris). La existencia de hielo de agua no es en sí un hecho excepcional, pues precisamente Phoenix se ha encargado de confirmar los datos de la Mars Odyssey acerca de la presencia de hielo en las regiones polares, además del hielo de sobras conocido que está en los casquetes polares. Lo que es muy significativo es que estos glaciares se encuentran en latitudes medias cercanos a la cuenca de Hellas.
Ejemplo de glaciar marciano captado por la Mars Global Surveyor (NASA).
Zona de Hellas con varias lenguas glaciares (vale la pena "darse una vuelta" por esta región en Google Mars).
Imagen 3D a partir de los datos de la Mars Express de uno de los ejemplos más claros de glaciares en Hellas (lo podemos ver en Google Mars). En este caso, la roca y el hielo han fluido desde el cráter pequeño, a la izquierda, hacia el cráter grande de la derecha (ESA).
Reconstrucción de la NASA de los glaciares durante su formación hace pocas decenas de miles (¿o miles?) de años (NASA).
Datos del radar SHARAD (centro y abajo), comparados con un modelo del terreno (NASA).
Así que estamos ante cambios climáticos en Marte. ¿Y cómo se producen? La causa más probable, conocida dese hace muchos años, es la combinación de la relativamente alta excentricidad de la órbita marciana (actualmente 0,093, frente a 0,0167 de la órbita terrestre) con la inestabilidad del eje de rotación (oblicuidad de la eclíptica). Puesto que Marte no tiene un satélite grande como nuestra Luna, la inclinación del eje puede experimentar dramáticas variaciones, lo que afecta drásticamente al clima marciano. La inclinación actual es de unos 25,2º, ¿qué pasa en otros casos?:
- Inclinación moderada (0º-20º): en este caso las estaciones están menos marcadas. La cantidad de CO2 que se deposita en los casquetes polares aumenta, por lo que la atmósfera disminuye aún más su densidad. Consecuentemente, los fenómenos erosivos (principalmente eólicos) también disminuyen su eficacia. La atmósfera presentaría menos polvo en suspensión y escasas nubes, por lo que el cielo sería casi totalmente negro desde la superficie. La casi totalidad del hielo de agua estaría en los casquetes o en sus alrededores.
- Marte actual (20º-27º): parte del hielo del permafrost se sublima y se condensa en los casquetes polares de forma lenta pero progresiva.
- Inclinación importante (27º-40º): al marcarse las estaciones, la cantidad de CO2 en la atmósfera aumenta al sublimarse el hielo seco de los casquetes y subsuelo marciano. La atmósfera se hace más densa, aunque no se sabe hasta qué punto (no hay acuerdo acerca de la cantidad de CO2 atrapado en forma de hielo, pero bien podríamos tener el doble de la presión superficial actual). La erosión eólica sería más intensa, con mayores tormentas de polvo. Parte del hielo de agua del casquete sur se podría sublimar o incluso derretir, por no hablar de los acuíferos de latitudes más moderadas. Aunque no habría ríos, es posible que brotasen pequeños manantiales en la superficie.
- Máxima inclinación (40º-51,4º): en este caso, las simulaciones predicen la sublimación de todo el hielo de los casquetes, el cual iría a parar a la atmósfera, que aumentaría aún más su densidad. Parte de este vapor de agua se podría precipitar formando glaciares. El resultado es que el hielo de los casquetes se distribuye por el planeta.
Marcas de glaciares (zonas de color claro) en los volcanes de Tharsis (USGS).
Varias estructuras glaciares en Hellas (NASA).
La polémica entre los estudiosos de Marte era la edad de estas estructuras. Al principio, todo apuntaba a que se trataban de formaciones que se remontaban al periodo Noachiano o Hesperio temprano, es decir, hace más de 3000 mil millones de años, cuando Marte tuvo un clima mucho más húmedo y hasta quizás océanos. Sin embargo, poco a poco se acumularon evidencias de una edad más temprana, en pleno periodo Amazonio (desde hace 1800 millones de años hasta la actualidad). Al analizar las imágenes en alta resolución de los supuestos glaciares extintos se pudo ver que eran formaciones geológicamente activas que presentaban movimientos propios de un fluido, aunque se suponía que se trataba de roca mezclada con pocas cantidades de hielo, de forma similar a los glaciares rocosos terrestres. En otros casos se suponía que se trataban de simples avalanchas de roca y hielo. Por eso los datos de la MRO son tan espectaculares: la existencia de hielo confirma que estas estructuras son glaciares "activos", es decir, estructuras con alto contenido en hielo, aunque en estado "aletargado", y recubiertos de una capa de roca.
Estructuras similares en forma, aunque no en escala, en la Tierra (arriba, Montañas de San Juan, Colorado, EE UU) y en la Cuenca de Hellas (abajo).
Por supuesto, estos resultados son un tremendo apoyo para los modelos que propugnan grandes cambios climáticos basados en oscilaciones significativas de la inclinación del eje. Los glaciares de Hellas encajan en el modelo perfectamente, pues se supone que al aumentar la inclinación y sublimarse el hielo del casquete austral, la parte montañosa oriental de la Cuenca de Hellas interceptaría los vientos húmedos provenientes del polo sur, favoreciendo la formación de glaciares, como parece que es el caso.
Ni que decir tiene, el descubrimiento es una muy buena noticia para los partidarios de la colonización de Marte: ahí tenemos grandes reservas de hielo disponibles para cualquier base marciana en latitudes fáciles de alcanzar en cualquier misión y sin las limitaciones de temperatura e iluminación de las regiones polares.
Bueno, no creo que los glaciares marcianos nos permitan hacer realidad esta imagen, pero a lo mejor sí lo podríamos intentar en el casquete polar: ¿cómo será esquiar sobre hielo seco? (Pat Rawlings).
Referencias:
- Ice Glaciers on Mars, Emily Lakdawalla.
- Cold-Climate Landfoms on Mars, Tesis Doctoral, Freie Universität Berlin (2007).
- Subsurface investigation of a rock glacier using ground-penetrating radar: Implications for locating stored water on Mars, John Degenhardt Jr. y John R. Giardino (Journal of Geophysical Research, 108: 8036-8053, 2003).
Saturday, December 27, 2008
¡Cofia va!
Lo malo de vivir bajo la trayectoria de lanzamiento de un cohete es que te pueden ocurrir cosas como ésta:
El "regalo" corresponde a la cofia de un cohete Larga Marcha CZ-3A lanzado el pasado 23 de diciembre. El lanzador puso en órbita el satélite meteorológico Fengyun (风云, "viento y nubes") FY-2E, también denominado FY-2-06.
La caída de chatarra espacial es un problema desde hace décadas en Kazjistán, pero en China es especialmente grave, ya que el país cuenta con tres cosmódromos activos situados tierra adentro. Si a esto le sumamos el incremento de la actividad espacial de la potencia asiática y su alta densidad de población, estampas como las de arriba no son nada extrañas. El futuro centro espacial de Wénchāng (文昌卫星发射中心) evitará estos problemas al estar situado en la costa sur del país.
Lanzamiento del CZ-3A el pasado 23 de diciembre.
El "regalo" corresponde a la cofia de un cohete Larga Marcha CZ-3A lanzado el pasado 23 de diciembre. El lanzador puso en órbita el satélite meteorológico Fengyun (风云, "viento y nubes") FY-2E, también denominado FY-2-06.
La caída de chatarra espacial es un problema desde hace décadas en Kazjistán, pero en China es especialmente grave, ya que el país cuenta con tres cosmódromos activos situados tierra adentro. Si a esto le sumamos el incremento de la actividad espacial de la potencia asiática y su alta densidad de población, estampas como las de arriba no son nada extrañas. El futuro centro espacial de Wénchāng (文昌卫星发射中心) evitará estos problemas al estar situado en la costa sur del país.
Lanzamiento del CZ-3A el pasado 23 de diciembre.
Friday, December 26, 2008
Lanzamiento de un Protón
Ayer despegó desde Baikonur un cohete Protón-M con el último trío de satélites Uragán-M del sistema de posicionamiento GLONASS. Se trata del segundo lanzamiento de GLONASS de este año y el tercer lanzamiento de la combinación Protón-M, fabricado por la empresa Khrunichev, con la etapa superior Blok DM-2 de RKK Energía (los anteriores Blok DM-2 habían volado con el Protón-K).
El Protón está fabricado por la empresa estatal GKNPTs Khrunichev (Государственный космический научно-производственный центр имени М. В. Хруничева, ГКНПЦ им. М.В.Хруничева). Esta compañía nació el 7 de junio de 1993 tras la orden presidencial que aglutinaba la fábrica M.V. Khrunichev (antigua OKB-52 de Vladímir Cheloméi) con la oficina de diseño OKB Salyut. En abril de ese año se constituyó la firma mixta Lockheed-Khrunichev-Energía para ofrecer en el mercado internacional los servicios del cohete Protón, compañía que sería conocida a partir de 1995 como International Launch Services (ILS). Durante la durísima crisis económica de los años 90, y gracias al dinero de los inversores extranjeros, Khrunichev logró introducir una versión modernizada del Protón (Protón-M, 8K82KM) y desarrollar su propia etapa superior (Briz-M, 14S43), lo que permitió aumentar hasta las 6 toneladas la carga útil de satélites geoestacionarios. La combinación Protón-M/Briz-M despegó por primera vez el 7 de abril de 2001. Khrunichev participa además en los lanzadores Rockot, Baikal, Angará, Kosmos 3M, GSLV (India) y KSLV (Corea del Sur).
Con capacidad para poner 21,6 toneladas en una órbita baja de 200 km y una inclinación de 51,6º, el cohete Protón es hoy en día el lanzador ruso más potente en servicio. Cheloméi lo concibió originalmente como el supermisil intercontinental definitivo (UR-500), pero pronto se convirtió en la espina dorsal del programa lunar tripulado Zond/L1 y las estaciones espaciales Salyut/Almaz, Mir e ISS. Debido a estos orígenes militares, el Protón emplea propergoles hipergólicos (altamente tóxicos): tetróxido de nitrógeno y dimetilhidrazina asimétrica (UDMH).
Sin incluir la etapa superior, el Protón-M es un lanzador de tres etapas:
RD-275 (NPO Energomash).
Motores RD-275 en la primera etapa del Protón (NPO Energomash).
Motor RD-0120 (Roskosmos).
Motores RD-0212 y RD-0213 (Roskosmos).
Distintas versiones del Protón (Roskosmos).
Cohete Protón-M con Briz-M (izquierda) y Blok DM-2 (centro y derecha) (Roskosmos).
El Protón-M fue diseñado para incorporar la etapa superior Briz-M (14S43) de combustibles hipergólicos, de tal modo que todos los elementos del cohete fuesen de Khrunichev. Sin embargo, en algunos lanzamientos, especialmente los gubernamentales, se sigue empleando la etapa Blok DM-2 (11S861), como es el caso de los satélites GLONASS. La Blok DM-2 es una modernización de la etapa Blok-D desarrollada para el programa tripulado lunar. Actualmente la fabrica la empresa RKK Energía. Emplea queroseno y oxígeno líquido con un motor 11D58M.
El Blok DM. En azul se ve el tanque esférico del oxígeno líquido y en amarillo el toroidal correspondiente al queroseno (RKK Energía).
El cohete Protón tiene una masa en seco de 53,65 t y de unas 700 t cargado de propergoles. Su carga se integra en el edificio MIK 92A-50 de Baikonur. Este edificio está dividido en cinco salas principales. En la Sala 111 se montan las tres primeras etapas del lanzador a partir de sus componentes llegados por ferrocarril. En la Sala 103 se procesan los satélites y se les carga de combustible, para luego ser acoplados con la etapa superior (en el caso de los GLONASS, el Blok DM-2) en la Sala 101.
Edificio 92A-50 (ILS).
Actualmente existen en Baikonur dos zonas de lanzamiento del Protón con dos rampas cada una: el Área 81 (rampas 23 y 24) y el Área 200 (rampas 39 y 40). La rampa 40 no se encuentra activa desde 1991, aunque se ha propuesto para lanzar el futuro Angará. Los lanzamientos comerciales usan las rampas 24 y 39. En este lanzamiento se usó la rampa 24. Cada rampa consta de depósitos de propergoles subterráneos, un búnker de lanzamiento (250/251 en el caso de la rampa 24, a 1,3 km de distancia) y una torre de servicio móvil.
Vista del Área 81 con sus dos rampas (Google Earth).
Esquema de una rampa de lanzamiento del Protón.
Vista de la torre de servicio móvil (Roskosmos).
Transportador del cohete Protón (ILS).
Sistema para colocar el lanzador en posición vertical sobre la rampa (Roskosmos).
Detalle del foso de la rampa (Roskosmos).
Desde Baikonur (46º latitud norte), el Protón-M puede alcanzar tres órbitas bajas de forma directa, con inclinaciones de 51,6º (ISS), 64,9º (GLONASS) y 72,5º (órbitas polares). Otras órbitas están prohibidas porque durante el lanzamiento las primeras etapas del cohete podrían caer sobre áreas habitadas. Para minimizar el impacto ecológico del combustible hipergólico, el Protón-M incorpora un sistema de purga en las dos primeras etapas para eliminar el combustible sobrante antes de que impacten contra el suelo. El lanzamiento se puede producir en el rango de temperaturas de -40º C a 45º C y con una velocidad del viento de 16,5 m/s. Durante el lanzamiento la telemetría del lanzador es recibida por las estaciones de Dzusaly (Kazajistán), Kolpasevo (Rusia) y Ussuriysk (Rusia).
Posibles inyecciones orbitales para el Protón (ILS).
Podemos resumir las fases del lanzamiento de un Protón:
Fases del lanzamiento (Roskosmos).
En el caso de este lanzamiento, primero llegan los satélites GLONASS al edificio 92A-50 donde son preparados para su misión. Después llega por tren (27 de noviembre) el cohete y luego la etapa DM-2:
Los satélites Uragán-M siendo preparados para el lanzamiento en el edificio 92A-50 (Roskosmos).
Instalación del combustible dentro de los Uragán (Roskosmos).
5-12-2008: ensamblaje del Protón-M en la Sala 111 del edificio 92A-50 (Roskosmos).
9-12-2008: instalación de los Uragán-M en la etapa de separación (Roskosmos).
11-12-2008: la etapa Blok DM-2 es enviada al Área 31 (Soyuz), a más de 50 km de distancia, para la carga de combustible (Roskosmos).
15-12-2008: los Uragán se unen a la etapa DM-2 y se instala la cofia en la Sala 101 del edificio 92A-50 (Roskosmos).
18-12-2008: montaje del DM-2 con el Protón en la Sala 111 (Roskosmos).
22-12-2008: traslado del Protón a la rampa de lanzamiento (Roskosmos).
25-12-2008: Pusk! (Roskosmos).
Referencias:
El Protón está fabricado por la empresa estatal GKNPTs Khrunichev (Государственный космический научно-производственный центр имени М. В. Хруничева, ГКНПЦ им. М.В.Хруничева). Esta compañía nació el 7 de junio de 1993 tras la orden presidencial que aglutinaba la fábrica M.V. Khrunichev (antigua OKB-52 de Vladímir Cheloméi) con la oficina de diseño OKB Salyut. En abril de ese año se constituyó la firma mixta Lockheed-Khrunichev-Energía para ofrecer en el mercado internacional los servicios del cohete Protón, compañía que sería conocida a partir de 1995 como International Launch Services (ILS). Durante la durísima crisis económica de los años 90, y gracias al dinero de los inversores extranjeros, Khrunichev logró introducir una versión modernizada del Protón (Protón-M, 8K82KM) y desarrollar su propia etapa superior (Briz-M, 14S43), lo que permitió aumentar hasta las 6 toneladas la carga útil de satélites geoestacionarios. La combinación Protón-M/Briz-M despegó por primera vez el 7 de abril de 2001. Khrunichev participa además en los lanzadores Rockot, Baikal, Angará, Kosmos 3M, GSLV (India) y KSLV (Corea del Sur).
Con capacidad para poner 21,6 toneladas en una órbita baja de 200 km y una inclinación de 51,6º, el cohete Protón es hoy en día el lanzador ruso más potente en servicio. Cheloméi lo concibió originalmente como el supermisil intercontinental definitivo (UR-500), pero pronto se convirtió en la espina dorsal del programa lunar tripulado Zond/L1 y las estaciones espaciales Salyut/Almaz, Mir e ISS. Debido a estos orígenes militares, el Protón emplea propergoles hipergólicos (altamente tóxicos): tetróxido de nitrógeno y dimetilhidrazina asimétrica (UDMH).
Sin incluir la etapa superior, el Protón-M es un lanzador de tres etapas:
- Primera etapa (Protón K-1): está formada por un tanque central de tetróxido de nitrógeno rodeado de seis pequeños tanques de UDMH. Hasta la década de los 80 los analistas occidentales pensaban que los tanques exteriores eran etapas independientes, siguiendo el modelo de distribución del cohete Soyuz, pero en realidad esta curiosa disposición se debe a la necesidad de transportar hasta Baikonur los componentes del cohete por separado mediante ferrocarril. En la base de cada tanque de hidrazina hay seis motores RD-275 (14D14) diseñados por NPO Energomash, con un empuje a nivel del mar de 1590 kN cada uno. El RD-275 debutó en octubre de 1995 y es el motor cohete hipergólico en servicio más potente del mundo. Se trata de una mejora del RD-253 (11D43), de 1474 kN de empuje.
RD-275 (NPO Energomash).
Motores RD-275 en la primera etapa del Protón (NPO Energomash).
- Segunda etapa (Protón K-2): incorpora tres motores RD-0210 y un RD-0211 (582,1 kN de empuje), diseñados por DB Khimavtomatika (KBKhA, antigua OKB-154 de Semyon Kosberg, sita en Voronezh). La diferencia entre el RD-0211 y el RD-0210 es que el RD-0211 incorpora partes del sistema de presurización del RD-253/275. La segunda etapa del Protón está basada en el malogrado misil UR-200 de Cheloméi.
Motor RD-0120 (Roskosmos).
- Tercera etapa (Protón K-3): lleva un motor RD-0212 fabricado por KBKhA, formado a su vez por un motor de una cámara RD-0213 (582,1 kN) y otro con cuatro cámaras RD-0214 (30,98 kN) que funciona como vernier. En esta etapa se encuentra el sistema de control del cohete diseñado por la compañía NIIP (antigua NII-885 de Pilyugin).
Motores RD-0212 y RD-0213 (Roskosmos).
Distintas versiones del Protón (Roskosmos).
Cohete Protón-M con Briz-M (izquierda) y Blok DM-2 (centro y derecha) (Roskosmos).
El Protón-M fue diseñado para incorporar la etapa superior Briz-M (14S43) de combustibles hipergólicos, de tal modo que todos los elementos del cohete fuesen de Khrunichev. Sin embargo, en algunos lanzamientos, especialmente los gubernamentales, se sigue empleando la etapa Blok DM-2 (11S861), como es el caso de los satélites GLONASS. La Blok DM-2 es una modernización de la etapa Blok-D desarrollada para el programa tripulado lunar. Actualmente la fabrica la empresa RKK Energía. Emplea queroseno y oxígeno líquido con un motor 11D58M.
El Blok DM. En azul se ve el tanque esférico del oxígeno líquido y en amarillo el toroidal correspondiente al queroseno (RKK Energía).
El cohete Protón tiene una masa en seco de 53,65 t y de unas 700 t cargado de propergoles. Su carga se integra en el edificio MIK 92A-50 de Baikonur. Este edificio está dividido en cinco salas principales. En la Sala 111 se montan las tres primeras etapas del lanzador a partir de sus componentes llegados por ferrocarril. En la Sala 103 se procesan los satélites y se les carga de combustible, para luego ser acoplados con la etapa superior (en el caso de los GLONASS, el Blok DM-2) en la Sala 101.
Edificio 92A-50 (ILS).
Actualmente existen en Baikonur dos zonas de lanzamiento del Protón con dos rampas cada una: el Área 81 (rampas 23 y 24) y el Área 200 (rampas 39 y 40). La rampa 40 no se encuentra activa desde 1991, aunque se ha propuesto para lanzar el futuro Angará. Los lanzamientos comerciales usan las rampas 24 y 39. En este lanzamiento se usó la rampa 24. Cada rampa consta de depósitos de propergoles subterráneos, un búnker de lanzamiento (250/251 en el caso de la rampa 24, a 1,3 km de distancia) y una torre de servicio móvil.
Vista del Área 81 con sus dos rampas (Google Earth).
Esquema de una rampa de lanzamiento del Protón.
Vista de la torre de servicio móvil (Roskosmos).
Transportador del cohete Protón (ILS).
Sistema para colocar el lanzador en posición vertical sobre la rampa (Roskosmos).
Detalle del foso de la rampa (Roskosmos).
Desde Baikonur (46º latitud norte), el Protón-M puede alcanzar tres órbitas bajas de forma directa, con inclinaciones de 51,6º (ISS), 64,9º (GLONASS) y 72,5º (órbitas polares). Otras órbitas están prohibidas porque durante el lanzamiento las primeras etapas del cohete podrían caer sobre áreas habitadas. Para minimizar el impacto ecológico del combustible hipergólico, el Protón-M incorpora un sistema de purga en las dos primeras etapas para eliminar el combustible sobrante antes de que impacten contra el suelo. El lanzamiento se puede producir en el rango de temperaturas de -40º C a 45º C y con una velocidad del viento de 16,5 m/s. Durante el lanzamiento la telemetría del lanzador es recibida por las estaciones de Dzusaly (Kazajistán), Kolpasevo (Rusia) y Ussuriysk (Rusia).
Posibles inyecciones orbitales para el Protón (ILS).
Podemos resumir las fases del lanzamiento de un Protón:
- T-13 horas 30 minutos: activación de la etapa de ascenso (Briz-M o Blok DM-2).
- T-7 horas: carga de combustible.
- T-5 horas: empiezan las actividades del lanzamiento.
- T-3,1 segundos: comienzo de la secuencia de ignición.
- T-1,75 s: ignición de los seis motores RD-275 de la primera etapa a 40% del empuje.
- T-0,15 s: los motores a 107% de empuje.
- T-0 s: lanzamiento.
- T+0,5 s: confirmación del lanzamiento.
- T+10 s: maniobra de giro para que el cohete cambie su azimut y alcance la órbita con la inclinación prevista.
- T+65,5 s: máxima presión dinámica (Max Q). Velocidad: 465 m/s. Altura: 11 km.
- T+119 s: ignición de la segunda etapa.
- T+123,4 s: separación de la primera etapa. Velocidad: 1724 m/s. Altura: 40 km.
- T+332,1 s: ignición de los cohetes vernier de la tercera etapa.
- T+334,5 s: apagado de la segunda etapa.
- T+335,2 s: separación de la segunda etapa mediante seis pequeños retrocohetes de combustible sólido. Velocidad: 4453 m/s. Altura: 120 km.
- T+337,6 s: ignición del motor principal de la tercera etapa.
- T+348,2 s: separación de la cofia protectora. Velocidad: 4497 m/s. Altura: 123 km.
- T+576,4 s: apagado del motor principal de la tercera etapa.
- T+588,3 s: apagado de los motores vernier de la tercera etapa.
- T+588,4 s: separación de la carga con la etapa superior. Velocidad: 7182 m/s. Altura: 151 km.
Fases del lanzamiento (Roskosmos).
En el caso de este lanzamiento, primero llegan los satélites GLONASS al edificio 92A-50 donde son preparados para su misión. Después llega por tren (27 de noviembre) el cohete y luego la etapa DM-2:
Los satélites Uragán-M siendo preparados para el lanzamiento en el edificio 92A-50 (Roskosmos).
Instalación del combustible dentro de los Uragán (Roskosmos).
5-12-2008: ensamblaje del Protón-M en la Sala 111 del edificio 92A-50 (Roskosmos).
9-12-2008: instalación de los Uragán-M en la etapa de separación (Roskosmos).
11-12-2008: la etapa Blok DM-2 es enviada al Área 31 (Soyuz), a más de 50 km de distancia, para la carga de combustible (Roskosmos).
15-12-2008: los Uragán se unen a la etapa DM-2 y se instala la cofia en la Sala 101 del edificio 92A-50 (Roskosmos).
18-12-2008: montaje del DM-2 con el Protón en la Sala 111 (Roskosmos).
22-12-2008: traslado del Protón a la rampa de lanzamiento (Roskosmos).
25-12-2008: Pusk! (Roskosmos).
Referencias:
- Proton Mission Planner's Guide, ILS (2004).
- Ракеты-носители семейства Протон, Roskosmos.
- Proton, Anatoly Zak.
- Двигатели верхних ступеней «Протона–К» И.Чёрный «Новости космонавтики» (1999).
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