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Ingeniería aeroespacial

Aún lejos del lanzamiento

Brasil avanza en el proyecto de construcción de un vehículo lanzador de satélites, pero todavía deben superarse varios desafíos para la concreción del primer vuelo, previsto para 2025

Las imágenes muestran la puesta en marcha exitosa del motor S50 que equipará al cohete brasileño VLM-1

CECOMSAER

En el mes de octubre concluyó una etapa importante de un proyecto prioritario del programa espacial brasileño: la construcción de un cohete capaz de poner satélites en órbita. En una de las dependencias del Instituto de Aeronáutica y Espacio (IAE), en São José dos Campos (São Paulo), se llevó a cabo la primera prueba en tierra del S50, el mayor motor para cohetes que se haya desarrollado en el país. Con 6,2 metros (m) de largo, 1,5 m de diámetro y diseñado para quemar 12 toneladas (t) de combustible (un propelente sólido compuesto por una combinación de diversos compuestos químicos), el motor también es el primero de su tamaño en tener una envoltura –la carcasa cilíndrica– fabricada en fibra de carbono, un material más liviano que el acero, utilizado en los dispositivos anteriores.

El procedimiento, denominado ensayo de tiro en banco de prueba, consistió en el encendido del motor, sujeto a un bloque sísmico de hormigón, mientras los sensores recababan datos sobre su comportamiento. La temperatura en el interior de la estructura superó los 2.700 grados Celsius (ºC) y la presión interna fue 70 veces superior a la presión atmosférica normal (70 atm). El motor será el elemento propulsor principal del Vehículo Lanzador de Microsatélites (VLM-1), el preciado proyecto del programa espacial del país.

“Utilizamos más de 200 sensores, que proporcionaron datos importantes sobre la curva de empuje [la fuerza de impulsión], la temperatura y presión del motor, así como información sobre los niveles de vibración y los desplazamientos que padeció el artefacto al presurizarlo”, informa el ingeniero mayor Rodrigo César Rocha Lacerda, director del Proyecto VLM-1 en el IAE. Según la agencia, perteneciente al Comando Aeronáutico, el S50 superó la prueba, permitiendo que el proyecto siguiera adelante.

El motor fue diseñado y desarrollado por el IAE con financiación de la Agencia Espacial Brasileña (AEB). La fabricación quedó a cargo de la empresa privada Avibras Indústria Aeroespacial, también de São José dos Campos. “El S50 es el sistema principal del VLM-1”, subraya Lacerda. El proyecto del vehículo de lanzamiento arrancó en 2014 y es el resultado de una cooperación entre la AEB y la agencia espacial alemana, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

La inversión brasileña prevista es de aproximadamente 170 millones de reales, de los cuales ya se desembolsaron 110 millones, según el ingeniero electricista Paulo Roberto Braga Barros, director de gestión de cartera de la AEB. La mayor parte de los recursos insumidos hasta ahora se relacionan con los gastos del contrato con Avibras para la fabricación de seis motores S50 destinados a las pruebas en tierra y también para equipar el cohete de investigación VS-50, un vehículo suborbital que será construido antes que el VLM-1 y forma parte de la campaña de desarrollo de este. Los motores del VLM-1 todavía no han sido contratados, ya que los recursos para ello dependen del gobierno federal.

Con el VLM-1, las agencias espaciales de Brasil y Alemania pretenden ingresar al mercado de lanzamientos de nano y microsatélites: artefactos de hasta 10 kilogramos (kg) y de entre 10 y 100 kg, respectivamente. Estos dispositivos, capaces de captar y transmitir imágenes casi en tiempo real, se utilizan para la observación y el seguimiento de actividades terrestres, con aplicaciones en los campos del monitoreo ambiental y del clima, logística, seguridad y espionaje. También se emplean en la conexión conocida por su denominación en inglés machine-to-machine que se utiliza en los sistemas de internet de las cosas (IoT).

Alexandre Affonso

Este es un segmento estratégico que, según los expertos, vale la pena disputar. El informe Mercado global de nanosatélites y microsatélites: Análisis y perspectivas, 2020-2026, publicado por la consultora estadounidense ADS Reports, informa que, en 2019, el mercado mundial de estos aparatos espaciales generó ingresos por 283,1 millones de dólares y estima una tasa de crecimiento anual del 25 % hasta 2026.

Para la AEB, el VLM-1 también cumple el rol de insertar a Brasil en el selecto grupo de naciones con autonomía en el desarrollo y lanzamiento de satélites. “Seremos el 13º país capaz de poner satélites en órbita desde su territorio y con un vehículo lanzador propio”, esgrime Barros. “Este proyecto nos permitirá lanzar nuestros propios micro y nanosatélites situándolos en las órbitas que necesitamos y en el momento adecuado”, añade. “Brasil ostentará otro estatus en las discusiones al respecto del uso del espacio exterior”.

Vuelo inaugural
El primer vuelo del VLM-1 está previsto para 2025. Está siendo proyectado para colocar hasta 30 kg de carga útil en órbitas bajas, a una altitud de 300 kilómetros (km). Para que esto ocurra, deberá darse cumplimiento a una serie de etapas. El motor S50, por ejemplo, deberá someterse a otro ensayo de tiro en banco de prueba, programado para el segundo semestre de 2022. Si lo aprueba de nuevo, estará listo para equipar el cohete VS-50, cuyo lanzamiento está previsto para agosto de 2023.

Con 12 m de altura, el VS-50 cumplirá un vuelo suborbital, o sea que alcanzará una altitud de 100 km sobre el nivel del mar, pero no pondrá una carga útil en órbita de la Tierra. Para 2024 está contemplado un segundo vuelo del VS-50. Los dos vuelos del cohete de investigación, o cohete sonda, son importantes para el proceso de certificación de los sistemas que formarán parte del VLM-1.

Según Lacerda, la misión del VS-50 consistirá en probar diversas estructuras del VLM-1 en condiciones de vuelo, tales como las interfaces de separación de etapas, los sistemas de control de navegación, la telemetría de vuelo, los circuitos electrónicos y los elementos pirotécnicos (para el encendido del motor). En la jerga aeroespacial, las etapas son los varios segmentos que componen un cohete. Cada uno de ellos posee un sistema de propulsión, cuya función es elevar la velocidad del vehículo, que van siendo descartados en el curso del vuelo. La idea es que los vuelos del VS-50 contribuyan a reducir los riesgos del primer lanzamiento del VLM-1.

El lanzamiento del cohete suborbital también permitirá probar la infraestructura de lanzamientos a partir de la Torre Móvil de Integración (TMI) del Centro Espacial de Alcântara (CEA) en el estado de Maranhão. Más allá de formar parte de una etapa del desarrollo del VLM-1, el VS-50 es un nuevo producto del IAE que será ofrecido al mercado internacional. “Tiene un gran potencial como plataforma de pruebas para los aceleradores hipersónicos”, precisa Lacerda. El VS-50 está pensado para utilizarse como plataforma para el lanzamiento de un vehículo experimental hipersónico –el Hexafly-INT– que está desarrollando la Agencia Espacial Europea.

Fuerza Aérea Brasileña Embarque del motor S50 en un avión de carga de la FAB: una simulación para el futuro vuelo del VLM-1Fuerza Aérea Brasileña

El VLM-1 contará con tres sistemas de propulsión: dos motores cohete S50 y un motor cohete S44, este último mucho menor, con 800 kg de propelente sólido. El S44 fue probado en 2012 en el cohete sonda VS-40. El motor está siendo remodelado por la empresa Cenic Engenharia, de São José dos Campos, y será sometido a un ensayo de tiro en banco de prueba este mismo año o, en su defecto, en 2023.

La empresa alemana DLR estará a cargo del resto de los sistemas del VS‑50 y del VLM-1, que incluyen el módulo de servicios electrónicos de a bordo, los sistemas de control y navegación, los adaptadores interetapas, el sistema de accionamiento de la tobera móvil (TVA, por sus siglas en inglés), que permite controlar el chorro del motor para poder ejecutar el control de actitud del cohete, y la cofia o módulo de carga útil, donde viajan los satélites que serán puestos en órbita. La mayoría de estos componentes alemanes para el VS‑50 ya han sido confeccionados y algunos se encuentran en Brasil para realizar las pruebas de integración con los motores, informa Lacerda.

La escasa disponibilidad de recursos financieros, técnicos y humanos hace dudar a los expertos que han trabajado en la AEB y en el IAE sobre la capacidad real de Brasil para cumplir con su parte del proyecto del VLM-1. Sin embargo, no todos son muy proclives a expresar sus opiniones públicamente.

El doctor en ingeniería mecánica Ariovaldo Félix Palmerio, quien trabajó en el IAE entre 1975 y 2011, donde estuvo a cargo del área de ingeniería de sistemas, es uno de los partidarios del proyecto, pero tiene reparos acerca de la capacidad brasileña de ejecución. “El IAE ha perdido muchos profesionales calificados en algunas especialidades y podría afrontar dificultades para poder llevar a cabo sus proyectos”, asevera. En las últimas décadas, sostiene, el programa espacial se ha visto afectado porque no hubo un reemplazo de los profesionales que se han jubilado o han pasado al sector privado.

El tecnólogo Petrônio Noronha de Souza, del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe) y director de política espacial de la AEB entre 2012 y 2018, dice que la falta de continuidad en la dirección de los proyectos aeroespaciales en la Aeronáutica también es un escollo. “La carrera militar prevé una reubicación periódica de los oficiales. Cuando una jefatura militar ha madurado lo suficiente como para liderar los proyectos aeroespaciales es sustituida por otra que no necesariamente posee el mismo nivel de preparación. Este circuito genera ineficiencia e impacta en los proyectos en curso, que siempre son a largo plazo”, dice.

También señala otro problema, que es la falta de regularidad de los recursos, como así también de proyectos capaces de brindar continuidad a la industria aeroespacial brasileña. Como estas condiciones no han existido en las últimas décadas, la capacidad productiva ha sido desmantelada y se ha perdido know-how, lo que obliga a que cada nuevo proyecto tenga que empezar prácticamente de cero, sostiene.

La falta de recursos humanos, financieros, técnicos y administrativos, según Palmerio, es el origen de los reveses padecidos por el Vehículo Lanzador de Satélites (VLS-1), el proyecto de un cohete brasileño iniciado en 1985. El último de esos fallos se produjo cuando el tercer prototipo del cohete sufrió el encendido inesperado de uno de sus motores en tierra, tres días antes de su lanzamiento en Alcântara. El accidente, ocurrido en agosto de 2003, se cobró 21 víctimas fatales entre técnicos e ingenieros y dañó las estructuras de la TMI, que solo pudo ser reconstruida nueve años más tarde. La construcción del VLS-1 era uno de los objetivos de la Misión Espacial Completa Brasileña (MECB), el primer programa espacial nacional de gran envergadura, creado por el gobierno federal a finales de la década de 1970.

En el libro intitulado Introdução à tecnologia de foguetes [Introducción a la tecnología de los cohetes] (editorial SindCT, 2017), Palmerio expresa lo siguiente al respecto del accidente: “Un proyecto de cohetes bien ejecutado es, de por sí, una fuente de peligro. Pero sin los debidos recaudos, los factores que desencadenan las fallas se multiplican”. Para él, el programa espacial brasileño solo debe continuar si existen las condiciones adecuadas para la ejecución de sus proyectos.

El programa VLS tuvo otros dos intentos previos de lanzamiento que también fracasaron. El proyecto fue cancelado oficialmente en 2016, sin haber alcanzado el éxito en su intento de lanzamiento de un satélite. Para entonces, ya se había formalizado el acuerdo entre las agencias espaciales brasileña y alemana para la construcción del VLM-1. Según Souza, para la AEB ya estaba claro que no se disponía de personal capacitado ni suficientes recursos financieros como para llevar a cabo ambos proyectos. Se optó por darle prioridad al VLM-1 y, en la medida de lo posible, ejecutarlo.

Para algunos expertos, la elección del VLM-1 tal vez no haya sido la más prometedora. “Se trata de un proyecto cuya concepción es anticuada si se lo compara con las últimas tendencias”, analiza Souza. Hoy en día, compañías privadas como las estadounidenses Space X y Virgin Orbit o la francesa Arianespace, están ocupando el espacio de las agencias gubernamentales en la puesta en órbita de nano y microsatélites. Una de las estrategias comerciales de estas empresas consiste en el lanzamiento conjunto de decenas de estos artefactos, para reducir los costos operativos.

Además, en muchas ocasiones, los nano y microsatélites van al espacio incluidos a bordo en misiones de cohetes mayores, pagando tasas reducidas o incluso gratis, cuando la finalidad es la investigación académica. Para Palmerio, la AEB también podría ofrecer el lanzamiento de decenas de nanosatélites y ganar espacio en un mercado en franca expansión, pero antes deberá ganarse la confianza de los potenciales consumidores, con un vuelo exitoso de su vehículo lanzador.

Alexandre Affonso

En teoría, la construcción del VLM-1, con 30 kg de carga útil, es menos compleja que la de su antecesor, que estaba programado para llevar 200 kg de carga útil. El VLS-1 disponía de cuatro sistemas propulsores, uno más que el VLM-1. Ambos cohetes tienen una altura de alrededor de 20 metros, pero el VLS-1 tenía una masa de 50 t al momento del despegue, mientras que el VLM-1 pesa algo más de la mitad, 28 t. El VLS-1 también pretendía alcanzar órbitas más altas, del orden de 750 km de altitud, más del doble que la meta del VLM-1 (véase la infografía arriba).

Independientemente del tamaño, la construcción de una lanzadera de satélites es un proyecto complejo y costoso. Tal como lo define Lacerda, del IAE, un vehículo de estas características vuela en condiciones extremas de velocidad, presión, vibración y temperatura, por lo que sus sistemas deben fabricarse cumpliendo requisitos muy específicos de masa, resistencia estructural, condiciones ambientales y desempeño operativo que no son exigidos por otros sistemas aeronáuticos. “Son pocos los países capaces de desarrollar un vehículo lanzador”, dice el militar. “Es un objetivo ambicioso que estamos persiguiendo con gran determinación”.

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