De dos etapas a órbita - Two-stage-to-orbit
Un vehículo de lanzamiento de cohetes de dos etapas a órbita ( TSTO ) o de dos etapas es una nave espacial en la que dos etapas distintas proporcionan propulsión consecutivamente para alcanzar la velocidad orbital. Es intermedio entre un lanzador de tres etapas a órbita y un lanzador hipotético de una sola etapa a órbita (SSTO).
En el despegue, la primera etapa se encarga de acelerar el vehículo. En algún momento, la segunda etapa se separa de la primera y continúa orbitando por sus propios medios.
Una ventaja de un sistema de este tipo sobre la puesta en órbita de una sola etapa es que la mayor parte de la masa seca del vehículo no se lleva a la órbita. Esto reduce el costo involucrado en alcanzar la velocidad orbital, ya que se expulsa gran parte de la estructura y la masa del motor, y un mayor porcentaje de la masa en órbita es la masa de carga útil.
Una ventaja sobre tres o más etapas es una reducción de la complejidad y menos eventos de separación , lo que reduce el costo y el riesgo de falla.
Ejemplos de
- Histórico
- Cosmos-3M
- Delta IV (variante media)
- Halcón 1
- Saturno IB
- Saturn V-SL1 ( solo lanzamiento Skylab )
- Titan II GLV
- Tsyklon-2
- Zenit-2 y Zenit-2M
- Actual
- En desarrollo
No siempre está claro cuándo un vehículo es un TSTO, debido al uso de cohetes impulsores con correa en el lanzamiento. Estos se eliminan al principio del vuelo y pueden o no considerarse una etapa adicional si los motores centrales continúan encendidos. Estos a veces se consideran la mitad de una etapa, lo que lleva a la expresión una etapa y media a la órbita (1.5STO), por ejemplo, para el misil Atlas , que era una etapa de un solo núcleo con impulsores adicionales. De manera similar, los diseños de dos etapas con impulsores adicionales pueden denominarse cohetes de 2.5 etapas, por ejemplo, el Ariane 5 o la mayoría de las variantes Atlas V (todas excepto las 401 y 501).
Sistemas de lanzamiento reutilizables
Con referencia a un sistema de lanzamiento reutilizable, este enfoque se propone a menudo como una alternativa a la puesta en órbita de una sola etapa (o SSTO ). Sus partidarios argumentan que, dado que cada etapa puede tener una relación de masa más baja que un sistema de lanzamiento SSTO, dicho sistema puede construirse más lejos de los límites de sus materiales estructurales. Se argumenta que un diseño de dos etapas debería requerir menos mantenimiento, menos pruebas, experimentar menos fallas y tener una vida útil más larga. Además, el enfoque de dos etapas permite optimizar la etapa inferior para operar en la atmósfera inferior de la Tierra, donde la presión y la resistencia son altas, mientras que la etapa superior se puede optimizar para operar en las condiciones de casi vacío de la parte posterior de la tierra. lanzamiento. Esto permite un aumento en la fracción de masa de la carga útil de un vehículo de dos etapas en comparación con los vehículos de una etapa o de etapa y media, que deben funcionar en ambos entornos utilizando el mismo hardware.
Los críticos argumentan que la mayor complejidad de diseñar dos etapas separadas que deben interactuar, la logística involucrada en devolver la primera etapa al sitio de lanzamiento y las dificultades de realizar pruebas incrementales en una segunda etapa superarán estos beneficios. En el caso de las etapas inferiores similares a las de un avión, también argumentan lo difícil y costoso que es desarrollar y operar los aviones de alta velocidad (como el SR-71 ), y cuestionan las afirmaciones de rendimiento. Muchos diseños de 'mini-transbordadores' que utilizan aviones de transporte como primeras etapas también enfrentan problemas similares con hielo / espuma como el transbordador espacial debido al requisito de que también llevan un gran tanque externo para su combustible.
A partir de 2020, SpaceX es el único proveedor de lanzamiento que logró la reutilización en la primera etapa de un vehículo orbital con el Falcon 9 de dos etapas y el Falcon Heavy de 2.5 etapas . Rocket Lab ha recuperado una primera etapa de su cohete Electron , pero no lo ha vuelto a volar.
Primera etapa similar a un helicóptero
Teniendo en cuenta que las operaciones similares a las de un avión no se traducen en una apariencia similar a la de un avión, algunos conceptos de TSTO reutilizables tienen primeras etapas que operan como aviones VTOL o VTOHL . El DC-X ha demostrado que el diseño de la opción VTOL funciona. Otros diseños, como el concepto DH-1, van un paso más allá y utilizan un enfoque 'emergente / emergente', que lleva la etapa en órbita a un punto a unos 60 km sobre la superficie de la tierra, antes de descender a la plataforma de lanzamiento. de nuevo. En el caso del DH-1, la etapa superior es efectivamente un 'casi SSTO' con una fracción de masa más realista y que fue optimizada para su confiabilidad.
Primera etapa similar a un avión
Algunos diseños de TSTO comprenden una primera etapa similar a un avión y una segunda etapa similar a un cohete . Los elementos del avión pueden ser alas, motores que respiran aire o ambos. Este enfoque es atractivo porque transforma la atmósfera terrestre de un obstáculo en una ventaja. Por encima de cierta velocidad y altitud, las alas y los scramjets dejan de ser efectivos y el cohete se despliega para completar el viaje a la órbita.
Saenger (nave espacial) fue uno de los primeros conceptos de este tipo.
Aunque no es un vehículo orbital, la exitosa nave espacial suborbital privada SpaceShipOne desarrollada para el Premio Ansari X demostró que un sistema de dos etapas con un avión alado como la "mitad inferior" puede alcanzar el borde del espacio . El equipo detrás de SpaceShipOne ha construido y volado un sistema de lanzamiento suborbital comercial, SpaceShipTwo , basado en esta tecnología.
El cohete Pegasus, mientras se lanza el avión, no es un sistema de dos etapas a órbita porque el componente del cohete en sí está compuesto de múltiples etapas.