Tendencias21

Europa se posiciona en el espacio con renovados cohetes de lanzamiento

Europa inaugura una nueva generación de cohetes de lanzamiento, 20 años después del vuelo inaugural de VEGA: su sucesor, VEGA-C, será lanzado en 2022 para posicionarse como proveedor global en el emergente mercado de pequeños satélites. Con capacidad de carga aumentada, puede lanzar varios satélites en una misma misión y en su fabricación España ha tenido un papel importante.

Más de sesenta años después del vuelo del Sputnik 1 y más de cincuenta años después del viaje del Apolo 11, nos hemos acostumbrado al espacio. Mandar cosas ahí arriba es algo ya tan habitual que hemos dejado de hacernos preguntas.

Por el contrario, la realidad es que las misiones de lanzamiento de satélites siguen significando un reto tecnológico de grandes dimensiones y, además, son una mina inagotable de ciencia y tecnología. Una mina tan grande, que es una lástima no extraer conocimiento de ella.

De hecho, gran parte del conocimiento que así extraigamos nos permitirá entender mejor las misiones espaciales más lejanas.

Antes de aventurarnos mar adentro necesitamos dominar el cabotaje costero. Y eso, cabotaje espacial, es lo que las misiones de lanzamiento de satélites son en relación con los vuelos espacio adentro (¿afuera?).

Pero no solamente eso. El mismo espacio cercano que en los años ochenta se convirtió en el tablero geopolítico de la “Guerra de las Galaxias” de Reagan, se ha convertido ahora en un tablero de encarnizada guerra comercial de una industria aeroespacial redefinida.

El espacio ha dejado de ir despacio. Nuevos actores empresariales han entrado con sabia nueva (puntocom) y la cosa se ha animado, y acelerado.

Europa ha tenido hasta ahora un papel relevante en el espacio y, desde luego, no es momento de quedarse atrás. Juntos reunimos la capacidad humana e industrial para que así sea, y juntos debemos trabajar para que así sea. En este ámbito como en otros muchos.

Vamos a dedicar este artículo a uno de los terrenos de batalla industrial más disputada. El de la tecnología y los servicios comerciales de puesta en órbita de satélites.

En concreto, vamos a centrarnos en el programa europeo de puesta en órbita de satélites de medianas y pequeñas dimensiones: VEGA.

Un programa liderado por la empresa italiana Avio como contratista principal y por la Agencia Espacial Europea (ESA) como autoridad de calificación y cliente final en la fase de desarrollo. Por su parte, la empresa paneuropea Arianespace se encarga de la comercialización del servicio ofrecido por los lanzadores.

Este programa está en pleno proceso de innovación por medio de sus evoluciones Vega-C y Vega-E. El propósito aquí es garantizar el liderazgo europeo frente a otras agencias gubernamentales y empresas privadas en el segmento de mercado de los pequeños y medianos satélites.

El año que viene despegará el vuelo inaugural del primer lanzador de satélites Vega-C y en él ha habido una importante aportación española.

En concreto, las plantas españolas de Airbus Defence and Space (división especializada de Airbus, la segunda empresa aeronáutica del mundo, tras Boeing, por volumen de facturación) fueron las responsables del diseño y producción de la estructura de la cuarta etapa, el módulo AVUM+ (la planta Airbus Madrid-Barajas), así como de buena parte de aviónica de todo el lanzador (la planta Airbus Tres Cantos).

Procedamos a desgranar todo esto.

Nuestro objetivo: conseguir una visión de conjunto con cierto nivel de detalle, sin para ello requerir conocimientos técnicos de partida.

¿Qué es Vega?

Ante todo, Vega es y siempre ha sido la estrella alfa (la más brillante) de la constelación de Lira. Una estrella singular por varios motivos que, como las golondrinas, se nos aparece en lo alto del cielo cada año para recordarnos que entramos en verano. Bonito mensaje el suyo.

Vega es uno de los tres vértices del ‘Triángulo Estival’. Los otros dos son Deneb, alfa Cignus (la punta de la cola del cisne), y Altair, alfa Aquila. Mire hacia el cenit esta noche a primera hora y allí verá las tres, brillando en lo alto.

Y además Vega, desde los años 90, también es el nombre de un proyecto aeroespacial iniciado por la Agencia Espacial Italiana que a partir de 1998 abandera la Agencia Espacial Europea (ESA).

Sin duda debe su nombre a la estrella. Pero también a servir de acrónimo a “Vettore Europeo di Generazione Avanzata” o “Vector Europeo de Generación Avanzada”.

En el ámbito aeroespacial se llama ‘vector’ (también ‘lanzador’) a algo muy parecido a lo que se entiende por tal en el área de la biotecnología: un vehículo de carga para transportar cosas (‘carga útil’ o ‘carga de pago’) a un lugar prefijado y depositarlas allí de forma controlada.

Dicho lugar es, en el ámbito de la biotecnología, el interior de una la célula (más exactamente, una molécula de ADN para incorporar a ella la carga útil génica) y, en el ámbito aeroespacial, una trayectoria orbital concreta en torno a la Tierra.

El objetivo fundamental del proyecto Vega era dotar a Europa de un acceso independiente al espacio para sus satélites más pequeños. En otras palabras, Vega fue creado para desarrollar la versión pequeña de los grandes lanzadores europeos, la familia Ariane muy anterior a ella (su primer vuelo tuvo lugar en diciembre de 1979).

Tras bastantes dificultades, quizás debidas a la falta de una visión común entre algunos de los países participantes (Italia y Francia), el proyecto culminó 20 años después de su inicio con el vuelo inaugural de febrero de 2012.

Sin embargo, Vega tiene en la actualidad problemas de definición en tanto que producto comercial.

Su coste por vuelo (unos 37 millones de dólares) resulta demasiado elevado frente a lo que la renovada competencia ofrece.

Así pues, el proyecto Vega necesitaba ser mejorado.

Las evoluciones Vega-C y Vega-E

Por tal motivo, la ESA decidió dar por terminado el proyecto Vega e iniciar proyectos hijos de mejora: Vega-C (“Consolidation”) y Vega-E (“Evolution”).

El objetivo último de ambas evoluciones es el mismo: conseguir que Europa gane la partida en el lanzamiento de pequeños satélites, un segmento de mercado en pleno auge. ¡Mola!

Por un lado, esto es necesario para mantener la independencia tecnológica de cuanto sector industrial europeo requiere poner artilugios en órbita (muchos).

Y por otro, es garantía de salud para la industria aeroespacial europea. Motivo que debería llegar para que, en este campo como en tantos otros, seamos capaces de aunar voluntades y fijar propósitos comunes a escala europea.

Es más, ahora todo esto es especialmente acuciante dada la madurez alcanzada por los actores privados de nuevo cuño, que han dado una vuelta de tuerca al tablero de la industria aeroespacial.

Hablamos, claro, de Blue Origin (fundada en 2000 por Jeff Amazon Bezos), SpaceX (2002, Elon Tesla Musk) y Virgin Galactic (2004, Richard Tubular Bells Branson). Emprendedores todos ellos que, en los albores del siglo XXI, supieron ver el papel del espacio como renovada ‘New Frontier’ aunque, ahora, en el ámbito empresarial.

Dichos actores, con sabia nueva y el ADN de los gigantes empresariales puntocom, han cambiado la forma tradicional de hacer de la industria aeroespacial de manera holística.

En primer lugar, en cuanto a procesos. Y con ello han conseguido una drástica reducción en costes y, por tanto, en precio.

Y en segundo lugar, en cuanto a enfoque social y de marketing. Y con ello han alcanzado un impacto en el imaginario colectivo sin precedentes y a escala global (un activo que ostentan, como nadie más, los gigantes puntocom).

¿O acaso estamos dispuestos a aceptar sin mediar pensamiento crítico que el objetivo empresarial de todos ellos es llevar seres humanos a Marte?

No sé lo que opinará usted, pero a mí esto me parece más una maniobra de marketing que un verdadero objetivo empresarial. Como sabe cualquier oficial necesitado de arengar a la tropa, no hay nada mejor para ello que la construcción de un relato enardecedor (de ahí que haya considerado oportuna la mención precedente a la ‘New Frontier’).

En fin, quizás sería bueno que los europeos aprendiésemos un poco de todos ellos. En todos y cada uno de nuestros roles: como ciudadanos, como consumidores, como profesionales y como industria.

Las innovaciones de Vega-C

En lo que sigue nos vamos a centrar en la primera evolución, Vega-C.

Un proyecto que, tras las dificultades que para su desarrollo ha significado la omnipresente “COVID” (la “C” de su nombre resultó profética), realizará su vuelo inaugural durante el primer trimestre de 2022. (Tiempo tendremos de tratar la evolución subsiguiente, Vega-E, con primer vuelo previsto en 2025).

Como punto de partida recordemos que, según ya establecimos, el propósito de ambas evoluciones es dotar a Vega, el lanzador europeo de satélites de pequeñas y medianas dimensiones, de plena competitividad en ese campo. Un segmento de mercado en auge y crecientemente competitivo.

Para ello, en lo que respecta a la evolución Vega-C las medidas que se han tomado han sido, en esencia, las siguientes:

Por un lado, dotar a los lanzadores de (A1) una mayor capacidad de carga, combinada con (A2) la capacidad de entrega múltiple (varios satélites por misión) que ya poseían sus predecesores Vega y, por otro, conseguir (B1) una reducción de los costes de producción, (B2) la integración tecnológica de las dos familias europeas de lanzadores (la Vega, para satélites medianos y pequeños, y la Ariane, para grandes satélites), así como su (C) preparación anticipada para cumplir normativa en ciernes.

Todos esos aspectos influyen positivamente en su competitividad.

El aspecto A1 incide directamente en la competitividad en precio del servicio (la puesta en órbita de satélites). Los aspectos A1 y A2 refuerzan eso mismo por cuanto permiten “empaquetar” varios servicios en una misma misión (la unidad de coste). Por su parte, el aspecto B2 habla de la reutilización de componentes, la piedra filosofal de la eficiencia y calidad industrial. Y, por último, el aspecto C incide en la adecuación a la normativa en el horizonte, un elemento de diferenciación en mercado que puede terminar resultando clave.

Pasemos a desentrañar brevemente todo esto.

Cosa que nos conduce a analizar el lanzamiento de satélites tanto desde el punto de vista de sus consideraciones tecnológicas, como de sus procesos industriales.

Las dos componentes que, indisolublemente unidas con la componente de mercado, dan forma a todo proceso de innovación en ámbito empresarial.

Innovaciones en la entrega de satélites: AVUM+ y multidispensador

Un lanzador de satélites consta de cuatro elementos fundamentales: *la carga útil (los satélites en cuestión), *los elementos de propulsión para salir de la atmósfera terrestre, así como los *elementos de acompañamiento y *de dispensación del satélite que trabajan juntos para portar el satélite hasta la órbita deseada y liberarlo, una vez allí, en la posición, velocidad y orientación correctas.

En el caso de Vega-C esto se concreta en las siguientes partes de su estructura: (A) Las tres primeras etapas encargadas del trabajo de elevación (salida de la atmósfera); (B) la cuarta etapa AVUM+, encargada del acompañamiento, y, montada sobre esta, el © contenedor de la carga que, a su vez, incluye (C1) una cubierta (cofia), (C2) el dispensador y el/los satélites.

Estructura y proceso de lanzamiento caen por su propio peso (nunca peor dicho : ), pero lo cierto es que son largos de poner en palabras. Así que, para ir a tiro hecho, nos vamos a apoyar en un par de ilustraciones. Una para la estructura y otra para las fases de la misión.

 

Reelaboración del autor a partir de ilustración de Arianespace.

Y en cuanto al proceso de lanzamiento, este se divide en los siguientes pasos: *elevación hasta salir de la atmósfera (fase no balística), *apertura y liberación de la cofia, *acompañamiento hasta la órbita destino y *liberación del satélite.

Reelaboración del autor a partir de ilustraciones de Arianespace.

Pues bien, entendido que las cosas son así y viendo que no hay nada raro bajo el Sol (tan solo un satélite más : ), analicemos los aspectos innovadores de AVUM+.

Frente a su homóloga de Vega, la cuarta etapa AVUM+ de Vega-C permite mayores cargas tanto en peso como en volumen. Y, además, esto se ha conseguido sin incrementar el peso de la estructura de esta cuarta etapa. Todo un reto de diseño.

En concreto, puede portar cargas de hasta 2.200 kg (frente a los 1.500 de su precedente) y soporta compartimentos de carga (dispensador y cofia, montados sobre él) con un diámetro en su base de 3,3 metros (frente a los 2,1 de su precedente).

Pero esta característica no es, de por sí, lo importante. Lo verdaderamente importante de cara a la reducción del precio del servicio que ofrecerá Vega-C, es que ésta se combina con la capacidad de multientrega de satélites que ya poseía su predecesor Vega.

AVUM+ y su dispensador, al igual que sus precursores, han sido diseñados para permitir misiones de uno o dos satélites de tamaño mediano (su target comercial) así como, al mismo tiempo o en exclusiva, una pléyade de satélites pequeños (los muy en boga ‘nanosatélites’, o satélites con masas que oscilan entre 1 y 10 kilogramos).

En segundo lugar, esta mayor carga y capacidad multientrega está apoyada por la mejorada capacidad de impulsión del AVUM+ combinada con la prestación de soportar hasta 5 encendidos que ya poseía su predecesor AVUM.

Como resultado, el lanzador Vega-C es capaz de cubrir misiones de entrega complejas, así como entregas múltiples en diferentes órbitas.

Como se ve, llamar ‘fase balística’ (tal y como hacíamos en la ilustración superior) a la fase de acompañamiento y dispensación de los satélites dista mucho de ser exacto: La etapa AVUM+ posee gran capacidad de navegación autónoma (autopropulsada y, por tanto, ‘no balística’).

Innovación en los motores

Dos son las mejoras hechas en los motores de Vega-C respecto Vega.

Por un lado, AVIO, la empresa constructora de las etapas impulsoras (las tres primeras), ha incrementado las prestaciones de los motores. Cuestión necesaria para permitir cargas útiles mayores.

Por otro, se ha conseguido la integración industrial de las dos familias de lanzadores europeos: la de lanzadores de satélites medianos y pequeños (Vega, fabricados por Avio), y la de lanzadores de satélites de gran tamaño (Ariane, fabricados por Airbus).

El vínculo de unión entre ambas es que la primera etapa de los lanzadores Vega-C será reutilizada como propulsor lateral (‘booster’) de las nuevas versiones de lanzadores Ariane 6.

Las dos familias de lanzadores de satélites europeos Vega (satélites medianos y pequeños) y Ariane (grandes satélites). La primera etapa del Vega-C se reutiliza como propulsor lateral (‘booster’) de los modelos nuevos de la familia Ariane (Ariane 62 y 64). [Fuente: Arianespace]

Esto representa un hito por cuanto, además de garantizar la calidad y eficiencia que solo la reutilización de componentes permite, es una muestra de buen funcionamiento interno del consorcio internacional detrás de ambos programas.

Innovación industrial en aviónica

Este nombre tan fardón de ‘aviónica’ no es otra cosa que la forma de referirnos a toda la electrónica de una aeronave.

Resulta necesaria para multitud de propósitos. Las comunicaciones con la estación de control en la Tierra, el encendido y apagado de cada componente, así como la monitorización y diagnosis de funcionamiento.

Toda ella debe estar preparada para soportar condiciones francamente adversas. Tanto el estrés mecánico (vibraciones) y el estrés térmico durante la maniobra de despegue, como la elevada dosis de radiación una vez en el espacio.

Asimismo, los componentes y cableado de comunicaciones deben estar convenientemente redundados según la criticidad de la función de cada uno de ellos y del tipo de carga útil que se transporta. Como es lógico, los requisitos de redundancia son máximos cuando dicha carga incluye personas.

La mayor parte de la aviónica del lanzador Vega-C está contenida en el módulo AVUM+. En definitiva, esta cuarta etapa hace las veces de sistema nervioso central del lanzador.

Una parte importante de la aviónica del AVUM+ ha sido diseñada y producida por Airbus Tres Cantos. Y, en ello, dos son las innovaciones que han realizado:

En primer lugar, de cara a conseguir la reducción de costes que dotará de competitividad económica al servicio ofrecido por Vega-C, han recurrido al uso masivo de componentes comerciales (vaya, los que podemos encontrar en las tiendas especializadas).

Tradicionalmente, la industria aeroespacial solamente utilizaba componentes electrónicos fabricados ad hoc. Las singulares condiciones que debían soportar, mucho peores que las más adversas en usos terrestres, así lo impusieron como necesario.

Sin embargo, esta restricción impone un incremento de costes que, hoy por hoy, ya no resulta compatible con ofrecer un servicio comercial en un mercado tan maduro como este.

El uso de componentes electrónicos comerciales se presenta como una potencial vía de solución. Ahora bien, solo puede llegar a convertirse en solución legítima si multitud de componentes candidatos son sometidos a pruebas exhaustivas de funcionamiento en condiciones extremas (que simulen las de despegue y espacio).

Y eso es lo que han hecho.

En segundo lugar, Airbus Tres Cantos ha adoptado la estrategia de producto de, además, adelantarse a la normativa que previsiblemente está por llegar en materia de uso de plomo:

Toda la aviónica ha sido realizada sin plomo y, de hecho, sin la utilización de ningún metal pesado.

Esta cuestión no es trivial. Las soldaduras, según la aleación de la que estén hechas, pueden llegar a deteriorarse y dejar de funcionar en condiciones de vacío prolongado.

De hecho, Airbus DS España ha desplegado en su planta de Tres Cantos una línea automatizada de producción con soldadura libre de plomo. Así dejan preparado el camino para futuros proyectos de aviónica aeroespacial ante la llegada de la normativa antiplomo.

Tema relacionado: Un nuevo satélite puede mirar dentro de los edificios

Más allá

Deseo que este le haya parecido un buen despegue al universo de la tecnología aeroespacial y al papel que Europa en su conjunto, y España en particular, están jugando en ella.

Por supuesto, por no alargarnos en exceso, se nos han quedado cosas muy interesantes en el tintero.

Por ejemplo, no hemos hablado del programa europeo SpaceRider. El servicio prestado por un vehículo reutilizable para la puesta en órbita del ‘artilugio que sea’ para, después, volverlo a traer a tierra firme.

Algo muy útil para la realización de experimentos científicos o industriales que requieran gravedad cero o el test en condiciones de vacío, estrés mecánico, estrés térmico o alta radiación.

Dicho programa ya ha sido satisfactoriamente probado en un prototipo enviado por un lanzador Vega y pronto empezará a ser ofrecido como servicio sobre su evolución Vega-C.

Podremos hablar al respecto en algún artículo por venir. Y sin duda así será, si usted comparte conmigo los deseos de aprender sobre ello.

Y hasta aquí este primer artículo dedicado a la innovación en ámbito industrial.

Como las etapas de un cohete, las tres etapas de la innovación se refuerzan y colaboran juntas hacia el progreso: la innovación científica, la innovación tecnológica y la innovación industrial.

Al fin y al cabo, no hay conocimiento básico que no termine generando conocimiento instrumental. Y no hay conocimiento e instrumento a los que no se pueda dar la forma de servicio útil.

Agradecimientos

Este artículo no habría sido posible sin la atención y abierta colaboración del equipo humano del área de comunicación, de estructura y de aviónica de Airbus Defence and Space España.

Nuestro agradecimiento a todos ellos por el buen trato y buena información con las que nos han obsequiado: Mar López Cotarelo (Comunicación Airbus Tres Cantos), Pancho Lechón Cadena (Responsable de Comunicación), Jesús Ortiz Martín (Arquitecto de Sistemas Eléctricos Airbus Tres Cantos) y Virginia Roldán Prieto (Jefe de Programa de Estructuras AVUM y AVUM+ de VEGA y VEGA-C).

Foto superior: Airbus Defence and Space España.

Pablo Criado Boado

Pablo Criado Boado

Pablo Criado Boado es físico, informático y máster en gestión de la innovación. Trabaja como asesor de innovación. Es experto en tecnologías blockchain y formador/divulgador tecnológico.

1 comentario