VTVL

El despegue y aterrizaje vertical ( VTVL ) es una forma de despegue y aterrizaje de cohetes. Han volado varias naves VTVL. El vehículo VTVL más exitoso fue el módulo lunar Apollo , que llevó a los primeros humanos a la Luna . Basándose en décadas de desarrollo, SpaceX utilizó el concepto VTVL para la primera etapa de su buque insignia Falcon 9 , que ha logrado más de trescientos aterrizajes con motor exitosos hasta ahora.

Las tecnologías VTVL se desarrollaron seriamente por primera vez para el programa Apolo . En los años 90, el desarrollo de grandes motores de cohetes reiniciables y fiables hizo posible utilizar la tecnología ya madura para las etapas de cohetes. El primer pionero fue el demostrador McDonnell Douglas DC-X . Tras el éxito del prototipo DC-X, el concepto se desarrolló sustancialmente con cohetes pequeños después del año 2000, en parte debido a concursos con premios de incentivo como el Lunar Lander Challenge .

A partir de mediados de la década de 2000, el VTVL estuvo en intenso desarrollo como una tecnología para cohetes reutilizables lo suficientemente grandes como para transportar personas . De 2005 a 2007, Blue Origin realizó una serie de pruebas exitosas, primero con el demostrador Charon propulsado por chorro, y luego utilizando el demostrador Goddard . Masten Space Systems , Armadillo Aerospace y otros también desarrollaron pequeños cohetes VTVL . En 2013, después del fracaso de la recuperación de la etapa con paracaídas, SpaceX demostró el aterrizaje vertical en un prototipo Falcon 9 después de ascender 744 metros en el aire. ^[1] Más tarde, Blue Origin ( New Shepard ) y SpaceX ( Falcon 9 ), ambos demostraron la recuperación de vehículos de lanzamiento después de las operaciones de regreso al sitio de lanzamiento (RTLS), con el cohete propulsor New Shepard de Blue Origin haciendo el primer aterrizaje vertical exitoso el 23 de noviembre de 2015, luego de un vuelo que alcanzó el espacio exterior , y el vuelo 20 del Falcon 9 de SpaceX marcando el primer aterrizaje de un propulsor orbital comercial aproximadamente un mes después, el 22 de diciembre de 2015. Todos los lanzamientos menos uno del Falcon Heavy de SpaceX han incluido intentos de VTVL para los dos propulsores laterales en cada cohete. SpaceX también está desarrollando un cohete completamente reutilizable llamado Starship . ^[2] Starship se convirtió en el primer vehículo de lanzamiento en demostrar la tecnología con ambas etapas en su cuarto vuelo de prueba .

Los cohetes VTVL no deben confundirse con las aeronaves que despegan y aterrizan verticalmente y utilizan el aire como apoyo y propulsión, como los helicópteros y los aviones de salto, que son aeronaves VTOL .

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• Cinturón cohete Bell 1961 , demostración del cinturón cohete VTVL personal. ^[3]
• Los conceptos de cohetes VTVL fueron estudiados por Philip Bono de Douglas Aircraft Co. en la década de 1960. ^[4]
• El módulo lunar Apolo fue un vehículo VTVL de dos etapas de la década de 1960 para aterrizar y despegar de la Luna.
• El Grupo de Ciencia y Tecnología de Defensa de Australia lanzó con éxito el cohete Hoveroc el 2 de mayo de 1981 en una prueba en Port Wakefield, Australia del Sur. ^[5] Era capaz de "una trayectoria de vuelo controlada dentro de un plano horizontal y terminar, si era necesario, en un descenso controlado". ^[6]
• A finales de los años 1980 , la Unión Soviética realizó algunos trabajos de desarrollo en una cápsula tripulada de aterrizaje vertical llamada Zarya . ^[7]
• El McDonnell Douglas DC-X fue un prototipo de vehículo de lanzamiento SSTO VTVL no tripulado a escala 1/3 que realizó varios vuelos de prueba en la década de 1990. Su primer vuelo exitoso fue en 1993. En junio de 1996, el vehículo estableció un récord de altitud de 3140 metros (10 300 pies), antes de realizar un aterrizaje vertical. ^[8]
• Rotary Rocket probó con éxito un sistema de aterrizaje vertical para su diseño Roton, basado en un sistema de helicóptero con punta de cohete en 1999, pero no pudo recaudar fondos para construir un vehículo completo.
• El 13 de junio de 2005, se anunció el vehículo de lanzamiento reutilizable suborbital VTVL de Blue Origin . ^[9]
• 2005: Blue Origin Charon , un vehículo de prueba propulsado por motor a reacción, verificó las tecnologías de guía y control autónomos utilizadas posteriormente en los cohetes VTVL de Blue Origins. ^[10]
• 2006, 2007: Blue Origin Goddard , un demostrador a subescala para el posterior vehículo suborbital New Shephard, realizó tres vuelos exitosos antes de retirarse. ^[11]
• Entre 2006 y 2009, los cohetes VTVL Scorpius/Super Mod de Armadillo Aerospace , Xombie de Masten Space Systems y Blue Ball de Unreasonable Rocket compitieron en el Northrop Grumman /NASA Lunar Lander Challenge . Los diseños VTVL posteriores, incluidos Xaero de Masten y Stig de Armadillo, apuntaban a vuelos de mayor velocidad a altitudes suborbitales más elevadas . ^[12]
• SpaceX anunció en 2010 sus planes de instalar un tren de aterrizaje desplegable en la nave espacial Dragon y utilizar los propulsores del vehículo para realizar un aterrizaje en tierra. ^[13] Se canceló en 2017. ^[14]
• En 2010, se ofrecieron tres naves VTVL a la NASA en respuesta a la solicitud de vehículos de lanzamiento reutilizables suborbitales (sRLV) de la NASA bajo el Programa de Operaciones de Vuelo de la NASA: el Blue Origin New Shepard , el Masten Xaero y el Armadillo Super Mod . ^[15]
• Morpheus es un proyecto de la NASA de la década de 2010 que desarrolla un banco de pruebas vertical que demuestra nuevos sistemas de propulsión con combustible ecológico y tecnología de aterrizaje autónomo y detección de peligros. ^[16]
• Mighty Eagle fue un prototipo de módulo de aterrizaje robótico de principios de la década de 2010 que la NASA estaba desarrollando en agosto de 2012. ^[17]

• SpaceX anunció en septiembre de 2011 que intentaría desarrollar el descenso y la recuperación motorizados de ambas etapas del Falcon 9 , con una cápsula VTVL Dragon también. ^{[18] [19]}
• 2012: El cohete Grasshopper de SpaceX fue un vehículo de prueba de primera etapa VTVL desarrollado para validar los aspectos de ingeniería de baja altitud y baja velocidad de su tecnología de cohetes reutilizables de vehículos grandes . ^[20] El vehículo de prueba realizó ocho vuelos de prueba ^[21] exitosos en 2012-2013. Grasshopper v1.0 realizó su octavo y último vuelo de prueba el 7 de octubre de 2013, volando a una altitud de 744 metros (2441 pies) (0,46 millas) antes de realizar su octavo aterrizaje VTVL exitoso. ^[22]
• 2013–2017: DragonFly fue un prototipo de artículo de prueba propulsado por cohete de baja altitud para una versión de aterrizaje propulsivo de la cápsula espacial Dragon de SpaceX . Estaba previsto utilizar la tecnología de Dragon 2 , su cápsula espacial reutilizable de segunda generación con tripulación , para aterrizar después de regresar del espacio, así como un sistema de aborto de lanzamiento . El prototipo DragonFly se utilizó para pruebas de vuelo propulsivo de baja altitud en 2014 y 2015. ^[23] El desarrollo se abandonó a mediados de 2017. ^[24]
• 2014: El vehículo de desarrollo reutilizable Falcon 9 de SpaceX era aproximadamente 50 pies más largo que Grasshopper, y se construyó sobre su tanque de refuerzo Falcon 9 v1.1 de tamaño completo, con patas de aterrizaje de diseño de vuelo y propulsores de nitrógeno gaseoso para controlar la actitud del refuerzo . F9R Dev1 realizó su primer vuelo de prueba en abril de 2014, a una altitud de 250 metros (820 pies) antes de realizar un aterrizaje vertical nominal. ^[25]
• El 23 de noviembre de 2015, el cohete propulsor New Shepard de Blue Origin realizó el primer aterrizaje vertical exitoso después de un vuelo de prueba suborbital no tripulado que llegó al espacio . ^[26]
• El 21 de diciembre de 2015, la primera etapa del Falcon 9 número 20 de SpaceX realizó el primer aterrizaje vertical exitoso de un propulsor de clase orbital después de impulsar 11 satélites comerciales a la órbita terrestre baja en el vuelo 20 del Falcon 9. ^[27]
• El 8 de abril de 2016, el Falcon 9 de SpaceX realizó el primer aterrizaje exitoso en su nave espacial autónoma como parte de la misión de reabastecimiento de carga SpaceX CRS-8 a la Estación Espacial Internacional . ^[28]
• Desde 2017, el DLR , el CNES y la JAXA están desarrollando un demostrador de cohetes VTVL reutilizable llamado CALLISTO ( Acción cooperativa que conduce a la innovación de lanzadores en operaciones de lanzamiento de etapas). ^[29]
• Enero de 2018: la empresa espacial privada china LinkSpace probó con éxito su cohete orbital experimental reutilizable con despegue y aterrizaje verticales (VTVL) ^[30]
• El 6 de febrero de 2018, SpaceX aterrizó con éxito dos de sus primeros propulsores durante su vuelo de demostración del Falcon Heavy . ^[31]
• 2018: ISRO reveló detalles sobre el vehículo de prueba ADMIRE para el cual se estaba desarrollando un sitio de prueba y aterrizaje. El vehículo tendrá propulsión retro supersónica, patas de aterrizaje retráctiles especiales que actuarán como aletas de rejilla orientables y será guiado por un sistema de navegación integrado que tendrá un altímetro láser y un receptor NavIC . ^[32]
• Las pruebas VTVL de baja altitud del gran Starhopper de 9 metros (30 pies) de diámetro , uno de los primeros artículos de prueba para el SpaceX Starship , se llevaron a cabo en el sitio de lanzamiento de SpaceX South Texas cerca de Brownsville, Texas, en julio y agosto de 2019 con vuelos de hasta ~150 m (490 pies). ^{[33] [34] [35]}
• En agosto de 2020, SpaceX comenzó a probar sus prototipos Starship ^{[ ancla rota ]} . SN5, SN6 y SN15 realizaron lanzamientos y aterrizajes VTVL exitosos, mientras que SN8, SN9, SN10 y SN11 fueron destruidos debido a una falla en el aterrizaje. ^{[36] [37] [33] [38]}
• El 20 de julio de 2021, el cohete New Shepard de Blue Origin realizó su primer aterrizaje vertical exitoso luego de un vuelo suborbital tripulado. Cuatro pasajeros estaban a bordo del NS-16 , incluido Jeff Bezos . ^[39]

• En julio de 2021, octubre de 2021 y mayo de 2022, el Nebula M1 de Deep Blue Aerospace , equipado con el motor kerolox Leiting-20, realizó con éxito pruebas de vuelo VTVL a altitudes de diez metros, cien metros y un kilómetro respectivamente.

• El 2 de noviembre de 2023 y el 10 de diciembre de 2023, el Hyperbola-2Y de i-Space , propulsado por un motor metalox reiniciable, completó el lanzamiento vertical y la recuperación dos veces, con alturas de vuelo de 178 metros y 343 metros respectivamente.

• El 19 de enero de 2024, la prueba Zhuque-3 VTVL-1 de LandSpace realizó su primer aterrizaje vertical exitoso luego de una prueba de salto suborbital impulsada por un motor metalox.

• El 26 de enero de 2024, el cohete de prueba de tecnología reutilizable Kuaizhou de ExPace completó su prueba inaugural de despegue y aterrizaje vertical (VTVL), permaneciendo en el aire durante nueve segundos antes de tocar tierra en la plataforma de lanzamiento. El vuelo completo duró 22 segundos.
• El 7 de octubre de 2024, la ISRO reveló sus planes de probar la tecnología VTVL en un vehículo de pequeña escala (posiblemente el vehículo de prueba ADMIRE) antes de integrarla en la primera etapa y la etapa de refuerzo del NGLV . El Centro Espacial Vikram Sarabhai está desarrollando un sistema de navegación avanzado, así como aletas de rejilla orientables, patas de aterrizaje desplegables y aviónica avanzada. ^{[40] [41] [42]}
• El 13 de octubre de 2024, SpaceX aterrizó el Super Heavy Booster 12 en el sitio de lanzamiento. ^[43] A diferencia del Falcon 9, el Super Heavy carece de patas de aterrizaje y, en cambio, es atrapado por la torre de lanzamiento. ^[43] Su etapa superior, Ship 30 , aterrizó suavemente en el Océano Índico antes de detonar. ^[43]

La tecnología necesaria para lograr aterrizajes retropropulsivos con éxito (el aterrizaje vertical o "VL", además de la tecnología estándar de despegue vertical (VT) de las primeras décadas de los vuelos espaciales tripulados) consta de varias partes. En primer lugar, normalmente se requiere que el empuje sea vectorial y requiere cierto grado de regulación . Sin embargo, una relación empuje-peso de más de 1 no es estrictamente necesaria.

El vehículo debe ser capaz de calcular su posición y altitud; pequeñas desviaciones de la vertical pueden causar grandes desviaciones en la posición horizontal del vehículo. Los sistemas RCS suelen ser necesarios para mantener el vehículo en el ángulo correcto. SpaceX también utiliza aletas de rejilla para el control de actitud durante el aterrizaje de sus cohetes Falcon 9 .

También puede ser necesario poder encender motores en una variedad de condiciones que potencialmente incluyen vacío , hipersónico , supersónico , transónico y subsónico . ^[44]

El peso adicional del combustible, el tanque más grande, las patas de aterrizaje y sus mecanismos de despliegue generalmente reducirán el rendimiento de un sistema de aterrizaje suave en comparación con los vehículos descartables , en igualdad de condiciones. El principal beneficio de la tecnología se ve en el potencial de reducciones sustanciales en los costos de los vuelos espaciales como resultado de poder reutilizar los cohetes después de aterrizajes VTVL exitosos. ^[45]

El aterrizaje vertical de naves espaciales era el modo predominante de aterrizaje de cohetes imaginado en la era anterior a los vuelos espaciales . Muchos autores de ciencia ficción , así como representaciones en la cultura popular, mostraban cohetes aterrizando verticalmente, generalmente descansando después de aterrizar en las aletas del vehículo espacial. Esta visión estaba lo suficientemente arraigada en la cultura popular como para que en 1993, después de un exitoso vuelo de prueba a baja altitud de un prototipo de cohete, un escritor opinara: "El DC-X se lanzó verticalmente, flotó en el aire... La nave espacial se detuvo en el aire nuevamente y, cuando los motores desaceleraron, comenzó su exitoso aterrizaje vertical. Al igual que Buck Rogers ". ^[46] En la década de 2010, los cohetes SpaceX también vieron la denominación de esta noción de la cultura popular de Buck Rogers en una "Búsqueda para crear un cohete reutilizable 'Buck Rogers' ". ^{[47] [48]}

En el episodio de El joven Sheldon , " Un parche, un módem y un Zantac® ", Sheldon Cooper desarrolla las ecuaciones para VTVL en la década de 1980, pero la NASA las rechaza por falta de capacidad técnica para implementarlas en ese momento. Sheldon concluye que se adelantó a su tiempo. Un avance rápido hasta 2016 muestra la exitosa misión SpaceX CRS-8, seguida por el fundador de SpaceX, Elon Musk, revisando el viejo cuaderno de Sheldon y luego escondiéndolo en un cajón del escritorio. ^{[49] [50] [51] [52]}

• CORONA
• Kankoh-maru – VTVL ^[53]
• Servicio de mantenimiento de Chrysler
• Vuelo 20 del Falcon 9
• Lanzamiento al mar

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Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre VTVL .

• Astronautix.com – Lista de conceptos de cohetes VTVL del pasado
• Hobbyspace.com – Desarrollo de cohetes VTVL en todo el mundo