Primer lanzamiento de un Falcon 9 con una etapa recuperada (SES 10)

Este es el día con el que SpaceX ha soñado desde su nacimiento, un día que pasará a la historia de la conquista del espacio. Por fin la empresa de Elon Musk ha reutilizado una primera etapa de un Falcon 9 previamente recuperada. El día 30 de marzo de 2017 a las 22:27 UTC ha despegado un Falcon 9 v1.2 desde la rampa 39A del Centro Espacial Kennedy con el satélite de comunicaciones SES 10 como carga útil en la misión F9-33. La etapa recuperada (número B1021) pertenecía al Falcon 9 que lanzó la nave de carga Dragon CRS-8 el 8 de abril de 2016. La etapa se convirtió entonces en la primera en aterrizar con éxito en una barcaza situada en alta mar tras varios fracasos. Y en esta ocasión la primera etapa ha vuelto a aterrizar con éxito en la barcaza ASDS (Autonomous Spaceport Drone Ship) Of course I still love you situada a unos 680 kilómetros frente a las costas de Florida 8 minutos y 32 segundos tras el despegue. Aunque durante el programa del transbordador espacial se reutilizaban de forma rutinaria los propulsores de combustible sólido (SRB) y los motores principales SSME, esta es la primera vez que se reutiliza en un lanzamiento orbital una etapa completa que además ha aterrizado verticalmente (eso sí, el New Shepard de Blue Origin ha sido el primer cohete reutilizado en alcanzar el espacio, que no la órbita).

Esta ha sido la novena etapa recuperada por SpaceX, de las cuales seis han aterrizado en barcazas situadas en alta mar. También ha sido el sexto aterrizaje con éxito de una primera etapa en la barcaza y la segunda en un lanzamiento desde la rampa 39A. Tras este éxito se abre una nueva fase para SpaceX tanto o más importante que las anteriores: demostrar que con la reutilización de etapas puede reducir de forma significativa los costes de acceso al espacio. Cada etapa puede ser reutilizada hasta diez veces sin reparaciones significativas. El siguiente objetivo de la empresa es recuperar, reparar y lanzar un cohete en menos de 24 horas.

De acuerdo con Elon Musk, la primera etapa representa el 75% del coste de una misión de un Falcon 9 (aunque se desconoce cuánto cuestan los arreglos para prepararla de cara a un nuevo lanzamiento). Este ha sido el 18º lanzamiento orbital de 2017 (el 17º exitoso) y el cuarto de un Falcon 9 (tres desde la rampa 39A). Esta misión ha tenido lugar apenas quince días después de la puesta en órbita del EchoStar 23. SpaceX espera reutilizar al menos otras cinco etapas este año. La etapa B1021 fue desmontada tras el lanzamiento de la Dragon CRS-8. Tras montar los motores otra vez la etapa realizó un encendido de prueba a principios de año en la base de McGregor de SpaceX en Texas y el 27 de marzo  Como novedad, en esta misión se ha intentado recuperar la cofia gracias a un sistema de retrocohetes y paracaídas.

SES 10

El SES 10 es un satélite geoestacionario de comunicaciones de 5282 kg (uno de los satélites más pesados lanzados por un Falcon 9) construido por la compañía europea Airbus Defence and Space para la empresa SES S.A., con base en Luxemburgo, usando la plataforma Eurostar 3000. Dispone de 55 transpondedores en banda Ku y estará situado en la longitud 67º oeste, desde donde ofrecerá servicios a América Latina como parte de la red Simón Bolívar 2, formada por Bolivia, Ecuador, Perú y Colombia. El SES 10 sustituirá a los satélites AMC 3 y AMC 4. Posee motores de plasma para control de posición y dos paneles solares capaces de generar un mínimo de 13 kW. Su vida útil se estima en 15 años. La empresa SES opera una flota de más de cincuenta satélites de comunicaciones. La órbita inicial de transferencia geoestacionaria fue de 218 x 35.410 kilómetros y 26,2º de inclinación.

Falcon 9 v1.2

El Falcon 9 v1.2 —también denominado Falcon 9 FT (Full Thrust)— es un lanzador de dos etapas que quema queroseno (RP-1) y oxígeno líquido. Es capaz de situar un máximo de 22,8 toneladas en órbita baja u 8,3 toneladas en órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) lanzado desde Cabo Cañaveral. Posee una primera etapa reutilizable dotada de un tren de aterrizaje desplegable. Tiene una masa al lanzamiento de 541,3 toneladas, un diámetro de 3,66 metros y una altura de 69,799 metros, 1,52 metros superior al Falcon 9 v1.1. En aquellas misiones en las que se recupera la primera etapa el Falcon 9 v1.2 puede poner 13,15 toneladas en órbita baja (LEO) o 5,5 toneladas en una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) lanzado desde Cabo Cañaveral. SpaceX planea introducir una versión mejorada denominada v1.5 (Block V) con motores hasta un 10% más potentes para alcanzar la máxima capacidad de carga anunciada.

La primera etapa del Falcon 9 v1.2 tiene 42 metros de longitud y 3,66 metros de diámetro, con una masa total de unas 410 toneladas. Posee nueve motores Merlin 1D mejorados (Merlin 1D+ o Merlin 1D FT) capaces de generar un empuje un 15% superior al de la versión Falcon 9 v1.1. Los motores son de ciclo abierto y generan un empuje conjunto de 6804 kN al nivel del mar —es decir, 756 kN (77,1 toneladas) por cada motor— o 7425 kN en el vacío —825 kN (84,1 toneladas) por motor—. En un futuro próximo se espera que cada motor sea capaz de proporcionar hasta 914 kN de empuje, lo que permitirá aumentar la capacidad de carga máxima en órbita baja hasta las 22,8 toneladas y 8,3 toneladas en GTO. La primera etapa del F9 v1.2 genera un empuje al lanzamiento de 694 toneladas, comparado con las 600 toneladas de la versión v1.1. La masa de propergoles que lleva la primera etapa es secreto, pero en el caso de la versión v1.1 se estima en 396 toneladas.

Los nueve motores Merlin están dispuestos en una configuración octogonal denominada Octaweb, con un motor situado en el centro. Como comparación, el Falcon 9 v1.0 llevaba los nueve Merlin 1C en una matriz rectangular de 3 x 3. Con la configuración Octaweb se minimizan los riesgos en caso de explosión de un motor. Los motores Merlin 1D tienen capacidad para soportar varios encendidos, lo que permite probarlos en la rampa antes de cada lanzamiento (una práctica única en el mundo) y permitir la recuperación de la primera etapa.

El Falcon 9 puede perder un motor durante el lanzamiento y aún así completar su misión, siendo el único cohete en servicio con esta capacidad. Los nueve motores Merlin funcionan durante unos 160 segundos. La primera etapa, con una altura equivalente a un edificio de 26 pisos, se separa a una velocidad de 6000-8000 km/h y a una altura de 65-75 kilómetros mediante cuatro dispositivos neumáticos. La primera etapa realiza una serie de maniobras evasivas para evitar ser dañada por el escape de la segunda etapa. La etapa sigue ascendiendo durante un tiempo en una trayectoria balística antes de volver a descender, alcanzando un apogeo superior a los 100 kilómetros. Tras la separación, la etapa gira 180º usando impulsores de nitrógeno y tres motores Merlin se encienden durante unos 20-30 segundos para frenar el descenso. En la etapa final del aterrizaje el motor central del Octaweb se enciende a un kilómetro de altura aproximadamente para garantizar un descenso seguro.

En el caso de misiones con poco margen de combustible la barcaza se sitúa a mayor distancia de la costa y se usan tres motores que realizan el encendido final a menos de un kilómetro para reducir el gasto de combustible por las pérdidas gravitatorias. Un sistema de propulsión a base de nitrógeno gaseoso controla la posición de la primera etapa, ayudado por debajo de los 70 kilómetros de altura por cuatro rejillas aerodinámicas de aluminio (que serán de titanio en la versión Block V). La primera etapa puede aterrizar en la rampa LZ-1 (Landing Zone 1) de Cabo Cañaveral —antiguo complejo de lanzamiento LC-31— o sobre dos barcazas ASDS (Autonomous Spaceport Drone Ship) dotadas de sistemas de propulsión propio y con un control específico para reducir el vaivén debido al oleaje que se denominan Just read the instructions y Of course I still love you. Han sido bautizadas así en honor de naves espaciales que aparecen en la serie de novelas de La Cultura de Iain M. Banks.

La segunda etapa tiene 13 metros de longitud y dispone de un único motor Merlin 1D adaptado al vacío denominado Merlin 1D Vacuum (MVac+ o Merlin 1DVac FT) con un empuje de 934 kN (801 kN en la versión v1.1). Funciona durante 397 segundos y su masa total es de 80-90 toneladas. Se estima que la segunda etapa del v1.1 transportaba 93 toneladas de combustible. La segunda etapa del F9 v1.2 tiene un 10% más de capacidad en cuanto a combustible, por lo que debe llevar unas 102 toneladas de propergoles. La cofia mide 13,1 metros de largo y 5,2 metros de diámetro y está fabricada en fibra de vidrio. La sección de unión entre las dos etapas está hecha de fibra de carbono unidas a un núcleo de aluminio.

El fuselaje está fabricado en una aleación de aluminio-litio, mientras que la cofia y la estructura entre las dos fases están hechas de fibra de carbono. Todos los elementos importantes del cohete han sido fabricados en EEUU por SpaceX. El sistema de separación de etapas y la cofia es neumático y no usa dispositivos pirotécnicos, práctica habitual en la mayoría de lanzadores. De esta forma se reducen las vibraciones en la estructura y, de acuerdo con SpaceX, se logra una mayor fiabilidad. El Falcon 9 puede ser lanzado desde la rampa SLC-40 de de Cabo Cañaveral (Florida), la rampa 39A del vecino Centro Espacial Kennedy o desde la SLC-4E de la Base de Vandenberg (California). En el futuro también despegará desde Boca Chica (Texas). El nombre del lanzador viene de la famosa nave Halcón Milenario (Millennium Falcon) de las películas de Star Wars.

Intentos de recuperación de la primera etapa del Falcon 9

• 29 de septiembre de 2013: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Vandenberg con el satélite canadiense Cassiope. El intento de aterrizaje suave fue un fracaso y la etapa, que no llevaba patas, resultó destruida al contacto con el océano.

• 18 de abril de 2014: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Cabo Cañaveral con la Dragon SpX-3. La primera etapa aterrizó suavemente sobre el océano antes de hundirse. No fue recuperada.

• 14 de julio de 2014: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Cabo Cañaveral con seis satélites Orbcomm OG2. La primera etapa aterrizó suavemente sobre el océano antes de hundirse. No fue recuperada.

• 21 de septiembre de 2014: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Cabo Cañaveral con la Dragon SpX-4. La primera etapa, en esta ocasión sin patas, aterrizó suavemente sobre el océano antes de hundirse. No fue recuperada.

• 10 de enero de 2015: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Cabo Cañaveral con la Dragon SpX-5. La primera etapa resultó destruida al intentar aterrizar sobre la barcaza Just read the instructions por un fallo del sistema hidráulico que controla las aletas superiores.

• 11 de febrero de 2015: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Cabo Cañaveral con el satélite de la NASA DSCOVR. La primera etapa amerizó suavemente en el océano y se hundió. No fue recuperada.

• 14 de abril de 2015: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Cabo Cañaveral con la Dragon SpX-6. La primera etapa resultó destruida tras caer de lado sobre la barcaza Just read the instructions.

• 28 de junio de 2015: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Cabo Cañaveral con la Dragon SpX-7. El lanzador resultó destruido durante el lanzamiento y no se pudo intentar la recuperación en la barcaza Of course I still Love You.

• 21 de diciembre de 2015: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con once satélites Orbcomm OG-2. Primera recuperación exitosa de una primera etapa (B1019). El aterrizaje se produjo en tierra firme sobre la rampa LZ-1 de Cabo Cañaveral. La separación tuvo lugar a 75 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 6000 km/h.

• 17 de enero de 2016: lanzamiento de un Falcon 9 v1.1 desde Vandenberg con el satélite Jason 3. La etapa se destruyó al caer de lado sobre la barcaza Just read the instructions. La separación tuvo lugar a 67 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 6200 km/h.

• 4 de marzo de 2016: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con el satélite SES 9. La primera etapa (B1020) se estrelló contra la barcaza Of course I still Love You. La separación tuvo lugar a 65 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 8300 km/h. Fue el primer intento de recuperación de una primera etapa que se separó a alta velocidad y la primera vez que se realizó un encendido final con tres motores.

• 8 de abril de 2016: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con la nave Dragon CRS/SpX-8. La primera etapa (B1021) aterrizó con éxito por primera en la barcaza Of course I still Love You. La separación tuvo lugar a 69 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 6700 km/h.

• 6 de mayo de 2016: lanzamiento de un Falconvez  9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con el satélite JCSat-14. La primera etapa (B1022) aterrizó con éxito en la barcaza por segunda vez en Of course I still Love You. La separación tuvo lugar a 67 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 8300 km/h.

• 27 de mayo de 2016: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con el satélite Thaicomm 8. La primera etapa (B1023) aterrizó con éxito por tercera vez en la barcaza Of course I still Love You. La separación tuvo lugar a 70 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 8300 km/h.

• 15 de junio de 2016: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con los satélites ABS 2A y Eutelsat 117 West B. La primera etapa (B1024) se estrelló contra la barcaza Of course I still Love You al no encenderse uno de los tres motores durante la fase final de aterrizaje. La separación tuvo lugar a 72 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 8300 km/h.

• 18 de julio de 2016: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con la nave Dragon CRS-9/SpX-9. La primera etapa (B1025) aterrizó con éxito por segunda vez en la rampa LZ-1 de Cabo Cañaveral usando un único motor. La separación tuvo lugar a 66 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 5600 km/h. Fue la segunda ocasión que aterrizó una etapa en tierra firme.

• 14 de agosto de 2016: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde Cabo Cañaveral con el satélite JCSat 16. La primera etapa (B1026) aterrizó con éxito por cuarta vez en la barcaza barcaza Of course I still Love You. El encendido de frenado inicial duró 23 segundos y el encendido final empleó un único motor. La separación tuvo lugar a 66,3 kilómetros de altura y a una velocidad de unos 8140 km/h. Fue el cuarto aterrizaje con éxito sobre una barcaza y la sexta recuperación de una etapa.

• 14 de enero de 2017: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde la Base de Vandenberg con diez satélites Iridium NEXT. La primera etapa (B1029) aterrizó con éxito por primera vez sobre Just read the instructions. La separación de la primera etapa tuvo lugar a 6900 km/h y 70 km de altura. Fue el quinto aterrizaje con éxito sobre una barcaza, la séptima recuperación de una etapa y la primera en un lanzamiento desde la costa oeste.

• 19 de febrero de 2017: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde la rampa 39A del Centro Espacial Kennedy con la Dragon CRS-10 (SpX-10). La primera etapa (B1031) aterrizó con éxito por tercera vez en la plataforma LZ-1 de Cabo Cañaveral usando el motor central. La separación de la primera etapa tuvo lugar a 5880 km/h y 72 km de altura. Fue el tercer aterrizaje en tierra firme, la octava recuperación de una etapa y la primera en un lanzamiento desde la rampa 39A.

• 30 de marzo de 2017: lanzamiento de un Falcon 9 v1.2 desde la rampa 39A del Centro Espacial Kennedy con el satélite SES-10. La primera etapa (B1021.2) aterrizó con éxito por quinta vez en la barcaza Of course I still Love You. Fue la primera reutilización de una etapa ya usada, la novena recuperación de una etapa en general, la sexta sobre una barcaza y la segunda en un lanzamiento desde la rampa 39A. La separación de la primera etapa tuvo lugar a 8200 km/h y 66 kilómetros de altura.

Fases del lanzamiento de la misión SES-10:

• T-1 hora 10 min: carga del queroseno (RP-1).

• T-45 min: carga de oxígeno líquido.

• T-7 min: enfriado de los motores previo al lanzamiento.

• T-7 min: el Falcon 9 pasa a potencia interna.

• T-2 min: autorización de la USAF para el lanzamiento.

• T-1 min 30 s: el director de lanzamiento autoriza el despegue.

• T-1 min: el ordenador comprueba los sistemas y se presurizan los tanques de propelentes.

• T-3 s: ignición de los 9 motores Merlin.

• T-0 s: despegue.

• T+1 min 22 s: el cohete pasa por la zona de máxima presión dinámica (Max Q).

• T+2 min 38 s: apagado de la primera etapa (MECO).

• T+2 min 41 s: separación de la primera etapa.

• T+2 min 49 s: encendido de la segunda etapa.

• T+3 min 49 s: separación de la cofia.

• T+6 min 19 s: primer encendido de regreso de la primera etapa.

• T+8 min 32 s: aterrizaje de la primera etapa.

• T+8 min 34 s: primer apagado de la segunda etapa (SECO-1).

• T+26 min 29 s: segundo encendido de la segunda etapa.

• T+27 min 22 s: segundo apagado de la segunda etapa (SECO-2.

• T+32 min 03 s: separación del SES 10.