Una teoría unificada de atraque y reabastecimiento de combustible suborbital

por Francis Chastaing
lunes 15 de enero de 2024

En 1994, Mitchell Burnside Clapp consideró brevemente el reabastecimiento de combustible suborbital como parte del desarrollo del Black Horse, llamándolo “una idea especulativa”. Dentro 2004 Y 2005Allan Goff escribió dos artículos sobre acoplamiento suborbital, proponiendo FLOC, para Fleet Launched Orbital Craft.

Lo fascinante es que Goff y Clapp exploraron dos lados del mismo concepto por separado. Llamemos a esto «maniobras suborbitales», una opción innovadora para resolver los acertijos RLV y SSTO. Lo que faltaba era una teoría unificada.

Mi objetivo, basado en mi interés en el tema (ver “Reabastecimiento de combustible suborbital: un camino no tomado”, The Space Review, 3 de febrero de 2020), era crear una hoja de cálculo de Excel donde se pudieran comparar ambos. De hecho, una dificultad importante reside en el hecho de que los vehículos presentados en los artículos anteriores son radicalmente diferentes: Black Horse y FLOC son como Laurel & Hardy. Imagínese si, en cambio, el mismo avión cohete idéntico pudiera conectarse a una hoja de cálculo unificada de acoplamiento y reabastecimiento de combustible. Esto permitiría una comparación directa entre el atraque suborbital y el reabastecimiento de combustible suborbital.

Pero para hacer eso, me di cuenta de que necesitaba poder recalcular (verificar dos veces) los números encontrados en ambos artículos y validarlos en las fórmulas en una hoja de cálculo de Excel. No porque dude de Clapp y Goff, sino más bien por una cuestión de autonomía. Para mí, esto equivale a dejar grabadas en piedra las dos teorías distintas. Bueno, logré hacerlo en la hoja de cálculo vinculada.

En aras de la honestidad, he incluido capturas de pantalla de los cálculos tal como aparecen en estos documentos. Volví a calcular los dos ejemplos de Clapp y el FLOC de Goff en hojas de cálculo individuales. Podemos ver que las fórmulas en la hoja de cálculo de Excel (arriba) arrojan exactamente los mismos resultados que en las capturas de pantalla de sus artículos. En cuanto a la cuarta hoja: es la teoría unificada.

Ahora es posible comparar a Clapp y Goff por igual: reabastecimiento de combustible y atraque suborbital, a través del mismo avión cohete. Y los resultados son simplemente asombrosos.

El vehículo se llama MUST: Transporte espacial multipropósito. Su concepto de operaciones (CONOPS) sería el siguiente:

• El avión cohete MUST contiene queroseno en las alas y oxígeno líquido (LOX) e hidrógeno líquido en el fuselaje.
• Despega con la potencia de un turborreactor convencional y queroseno, excepto que se vierte hidrógeno en los tubos de escape para aumentar el empuje en un 400%. De esta manera, el vehículo MUST acelera, primero a Mach 2, luego a Mach 3. Esta parte respiratoria del vuelo elimina 2.000 metros por segundo por 9.300 metros por segundo. Los cohetes recorren sólo 7.300 metros por segundo.
• Es hora de encender el cohete de tres propulsores, que inicialmente funciona únicamente con queroseno. El avión espacial ahora asciende con un ángulo de ataque de 30 grados y los reactores se detienen.
• A medida que MUST aumenta, cambia gradualmente su combustible para cohetes de queroseno a hidrógeno, y ambos queman el oxidante LOX.
• Pero es necesario un último truco para alcanzar la órbita: un avión cohete hermano siguió al primero en su trayectoria ascendente. Ahora, a una velocidad de 6.000 metros por segundo, los dos vehículos transfieren oxígeno líquido entre ellos: lo suficiente para entrar en órbita. En cuanto al petrolero, se desliza hacia el reingreso y el aterrizaje aguas abajo. Allí toma queroseno para sus turborreactores y regresa a casa.

Este es el CONOPS básico de MUST: dos vehículos, un suministro. Este es el último desarrollo del concepto Clapp. Luego está la idea del propio Alan Goff: múltiples muelles. Esto no funciona con dos o incluso tres vehículos. Pero cuatro, seis y ocho “rebaños” pusieron en órbita una cantidad asombrosa de cargas útiles.

En última instancia, combinar los conceptos de Clapp y Goff en torno al mismo gran avión cohete de tres propulsores realmente abriría la frontera espacial. Y con dos reabastecimientos de combustible adicionales (la órbita terrestre y el punto de Lagrange L-1 Tierra-Luna) el mismo avión cohete podría aterrizar en la Luna. Piénsalo: de la superficie de la Tierra a la superficie de la Luna con un solo vehículo y tres suministros.

Francis Chastaing escribe una dura saga de ciencia ficción donde las maniobras suborbitales juegan un papel importante. Le gustaría intercambiar correos electrónicos con cualquier persona interesada en [email protected].

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