(Por Daniel Arias *). Los sistemas de puesta en órbita jamás son sencillos, pero el combo de propelentes adoptados por la Argentina para su lanzador Tronador III es particularmente endiablado, y eso requiere de algunas explicaciones, también endiabladas.
Lo difícil del asunto se evidencia en el grado de sofisticación metalúrgica y el concierto de experticia necesarios para construir apenas un componente de este este cohete: los tanques de oxidante de la primera etapa del cohete. Ladies & gentlemen: el espacio no es para cualquiera.
Para poner las cosas más en perspectiva, estos tanques son de un único uso: todos los modelos del sistema de satelización Tronador se diseñan para ser enteramente descartables. Ojo, también lo son todos los satelizadores livianos, medianos y pesados de los 10 únicos países en el mundo con capacidad propia de llegar a zona orbital y dejar allí una carga útil. Los cohetes, oh lectores, son escaleras al cielo que se autodestruyen con sólo subirlas. Hoy hay una única excepción (la dejo para después).
Desde que esta industria nació, en 1957, el estándar es ése: un cohete-un lanzamiento, no importa si de un sólo satélite o muchos. El Taxi Espacial de la NASA, un primer intento de ochentoso de romper parcialmente ese paradigma, pese a haber sido reutilizable, y en realidad debido a ello, fue el sistema más caro del mundo medido en dólares por kilo de carga en órbita baja… mientras el programa duró.
Peor aún, el Taxi tuvo una tasa de accidentes con pérdida total de la nave superior al 2%: bastó con 2 eventos adversos en lanzamiento (en 1986 y en 2003) para que murieran 14 tripulantes. Como satelizador de cargas, el Taxi fue un cuello de botella interminable y a pérdida para todos los programas espaciales estadounidenses, que debían hacer colas larguísimas para usarlo, quisieran o no.
Los diseñadores de satélites científicos o de sondas de exploración del sistema solar, como el Jet Propulsion Laboratory de Pasadena, California, detestaban el Taxi. Se lo tenían que fumar por una imposición del gobierno de Ronald Reagan, quien a su vez debía mostrar al mundo que el vehículo servía para algo. El Taxi sólo pudo calificar como apto para misiones tripuladas por pura decisión política, y luego por pura inercia política, hasta que el programa murió de muerte natural (se lo consideró un éxito y no se le puso un centavo más), y más de uno suspiró de alivio.
El Tronador III (un rediseño del II), en cambio, es un bicho industrial. No está para mostrar grandezas argentinas, sino para garantizar que no nos dejen con nuestros satélites en tierra aún si, como país, a veces tomamos algunas decisiones antipáticas para quienes cortan el bacalao. Es puro asunto de soberanía tecnológica, expresión poco mentada últimamente.
El Tronador III podrá satelizar hasta 750 kg. de carga útil en órbita polar heliosincrónica de 600 kilómetros de altura. Este tipo de órbita hace pasar al satélite sobre ambos polos terrestres con una ligera oblicuidad. Para generar imágenes ópticas o de radar del terreno y del mar, son las que más le convienen a un país muy largo de Sur a Norte, como el nuestro.
Estas órbitas dibujan un plano que, con cada giro alrededor del globo, va avanzando generalmente hacia el Este. Eso termina por dar cobertura cada 14 días de toda la superficie planetaria. Y esto abre paso a venta de «diagnóstico por imagen satelital» a terceros países y a empresas, mercado en el que la Argentina ya es un jugador chico pero valioso: la CONAE vende las imágenes de radar en banda L que generan sus satélites SAOCOM 1 Y 2, un producto de rara potencia para medir humedad subterránea y predecir catástrofes, o medirlas una vez sucedidas.
Este bicho industrial, el Tronador III, al que la CONAE se va acercando tras muchas revisiones de planes y no sin algunas catástrofes (entre ellas, presupuestarias, cuando el clarín del FMI toca a ajuste), no será un cohete especialmente impresionante. Tendrá 28 metros de altura y una masa de 90.000 kilos, de los cuales sólo 6.675 kg. serán componentes sólidos: el resto (83.325 kg) es todo combustibles líquidos.
Y a este aparato habrá que ir llegando de a poco. El Dr. Raúl Kulichevsky, titular de la CONAE, cree que lo primero es reactivar los Vehículos Experimentales VEx 5 y 6, para ganar experiencia en fabricación de sistemas de aviónica, propulsión y estructuras. Con muchísima suerte, el VEx 5 se podría lanzar desde el CEPI (Centro Espacial Pipinas, en la costa bonaerense del Plata), a fines de 2023.
El programa sigue sin fechas, o muy tentativas, por puro realismo político: basta con un cambio de gobierno o EN el gobierno para que el Programa Espacial se quede sin plata. No tiene un fondo especial, exclusivo e intocable, como el FONDEF, creado en 2020 para el reequipamiento militar. Se proyectan estos pasos: construir el Tronador II-A para lanzar satélites de hasta 250 kilos, luego el II-B para 500 kg. y luego, finalmente, el III. Desde el VEx-6 hasta a la serie de los Tronadores, los lanzamientos saldrían de otro centro espacial más equipado que el de Pipinas: el Manuel Belgrano, a medio construir cerca del apostadero naval de la Flota de Mar, en las afueras de Bahía Blanca.
En 2020, con la pandemia y con una deuda impagable heredada del gobierno anterior, la CONAE «estuvo recalculando» y abrió una instancia menos ambiciosa y más rápida: el VLE, un cohete para lanzar hasta 80 kg. a una órbitas bajas más comunes: 300 km. Para ello, su empresa constructora VENG está diseñando el motor Karut («Trueno», en el idioma de los extintos Aonik’Enk, a los que llamábamos tehuelches). Y la idea es que este motor se fabrique «de una» por manufactura aditiva, es decir impresión 3D.
A esta altura de las cosas, con una demanda mundial muy expansiva de servicios satelitales y sólo 10 oferentes de puesta en órbita, y pocos de ellos bien ubicados geográficamente para satelización a polar heliosincrónica, tendría que haber un nicho para el número 11 (la Argentina). Eso si logra una tecnología que inspire confianza. Y no necesariamente en la región: en el mundo.
Es un camino largo, por ahora solitario (todavía no tenemos de socios a Brasil y la India) y lleno de patinadas. Pero no parece tan distinto del que venimos recorriendo desde 1950 en materia nuclear. Empezamos con menos que nada, y hoy, y muy a pulmón, somos el exportador más exitoso del mundo en pequeños reactores multipropósito, con plantas construidas en Perú, Argelia, Egipto, Australia, Arabia Saudita, y una (la mayor de todas y la segunda mayor del planeta) en fase de ingeniería en Holanda.
No es casualidad que el fundador (Conrado Varotto) y algunos dirgentes de la CONAE y de su constructora de satélites (INVAP) vengan de la CNEA (Comisión Nacional de Energía Atómica).
Lo caro de la actividad espacial no se limita a que los cohetes son de usar y tirar, sino que la mayor parte de los mismos, en masa, es toda combustibles (los cultos dicen «propelentes»). Se usan combustibles para hacer volar más combustibles. Y es que no es fácil escaparse un poco de la gravedad terrestre, lectores: la carga útil del cuete más pintado llega, con toda la furia, al 2 o 3% de la masa del vehículo en plataforma de lanzamiento. Si un avión fuera así de ineficiente, nadie volaría.
Además, en el caso del Tronador III, esos combustibles serían distintos entre sí: la primera etapa tendría 4 motores de 30 toneladas de empuje cada uno, y se propulsaría toda a RP-1 o querolox, según la jerga: kerosene aeronáutico ultrapuro como combustible, y oxígeno líquido puro como oxidante. Sí, recordó bien, lector/a: es la misma mezcla con que en 1969 despegó la primera etapa del Saturno V, el cohete que llevó astronautas a la Luna. De cintura para abajo (muy marcada la cintura, en el Tronador III), este sería un satelizador setentoso, clasificable como «criogénico», por usar al menos un gas licuado. Es decir, la planta baja es bastante moderna.
La dificultad de hacer tanques con casquetes esféricos de aluminio llenos de soldaduras tan extrañas como la que tendrá el Tronador III, obtenidas por fricción, es que adentro hay que encerrar oxígeno líquido, a mantener unos grados debajo de su temperatura de licuefacción (183 grados bajo cero).
Ese frío es letal para casi todos los metales: los hace tan frágiles como el vidrio, y en el caso del aluminio, resulta especialmente destructivo para las discontinuidades, como las soldaduras comunes (nada comunes, en realidad) de la industria aeronáutica. Por eso, la carga del LOx (oxígeno líquido) se autoriza pocas horas antes del despegue. Y no quiera imaginarse lo que le hace este frío a los componentes móviles de los motores, como las válvulas y las bombas, que suelen ser de alta velocidad. Hay que ser muy baquiano en mecánica de materiales especiales para atreverse con estas piezas.
La segunda etapa del Tronador III, más convencional, será probablemente un motor hipergólico de 4 toneladas de empuje movido por metilhidrazina como combustible y tetróxido de dinitrógeno como oxidante. Además de tener nombres horribles, estas sustancias son tóxicas y corrosivas y dan un «impulso específico» relativamente bajo, pero reaccionan explosivamente al sólo contacto recíproco: no hay que encenderlas, y por eso se las llama hipergólicas.
¿Ud. pregunta qué demonios es el impulso específico? El empuje dividido por la masa de propelentes. Es una magnitud que no se usa en panadería o en automovilismo, pero en cohetería da una buena idea de la eficiencia de cualquier combo de propelentes. Lo ideal es que pesen poco y empujen mucho.
¿Por qué la CONAE probablemente usará hipergólicos en «la planta alta» de su Tronador III? Por prudente. ¿Pero acaso no pesan mucho y empujan poco? Respuesta: sí, pero dormís sin frazada. Los autodenominados americanos los llaman «storables» (almacenables), porque permanecen líquidos en un gran rango térmico y de presiones. Pero sobre todo, no fragilizan ni rompen las válvulas de cierre y apertura de las cañerías, o los álabes de las bombas que alimentan las cámaras de combustión.
Eso da un motor de 2da etapa que se puede apagar y volver a encender a voluntad, con relativa confianza, cuantimás. Esto permitiría llegar con 1000 kg. de distintas cargas útiles a los 600 km. de altura de esas órbitas polares que tanto le gustan a la Argentina. Y eso de apagar y volver a encender la 2da etapa es genial si uno quiere ir colocando con precisión distintos satélites en órbitas ligeramente distintas.
Los hipergólicos son propelentes que en este ispa ya manejamos «de taquito». Han sido y siguen siendo los líquidos que activan los «thrusters», o motorcitos de control de altura y apuntamiento de antenas de todos los satélites argentinos desde 1996, y tenemos unos cuantos, y todos anduvieron bien.
Son los propelentes que movían todos los cohetes del mundo en los años ’50 y ’60, y siguen siendo los de los satelizadores más usados por las potencias espaciales emergentes, como el Protón ucraniano, el Larga Marcha chino o el PSLV de la India, un vehículo diseñado ex-profeso para lanzamientos a órbita polar.
La pregunta del millón es por qué la Argentina no la hace más fácil y usa combustibles sólidos, que no requieren de tantos miramientos y produce cohetes almacenables largo tiempo en condiciones nada ideales, y disparables a toque de botón. Después de todo, cuando la actividad espacial argentina era un renglón menor de la Fuerza Aérea, la CNIE (no confundir con la actual CONAE, que es 100% civil) nuestro país acumuló 31 años de experiencia construyendo sondas sub-orbitales de combustible sólido, con no poca colaboración de la Alemania llamada entonces Occidental.
Los motores sólidos en la jerga se llaman «granos», y son mezclas bastante compactas y negruzcas de gomas quemables con aluminio pulverizado a grano talco (técnicamente, muy explosivo) y sustancias que suministran oxígeno. Son literalmente explosivos de quemado lento, y se fabrican en búnqueres. Y eso porque en el mezclado o el curado del grano nunca es imposible meter la pata, y volar por el aire sin cohete, pero con búnker y todo.
Hay dos modos de entender por qué dejamos de lado una tecnología que dominamos durante 31 años sin que nadie volara por el aire: la respuesta técnica y la respuesta verdadera. La técnica es que los cohetes sólidos son de muy bajo impulso específico, y además imposibles de regular: no hay modo de bajarles la potencia, y una vez encendidos no se apagan hasta agotar todo lo quemable. Para maniobras finas de puesta en órbita son como los palos de golf para la neurocirugía.
Pero eso se arreglaría con un lanzador sólido y dejando que de las maniobras peliagudas y exactas se encarguen los «thrusters» de cada satélite, que usan los siempre confiables líquidos propergólicos. Los ARSAT 1 y 2, por ejemplo, se diseñaron con 14 thrusters cada uno, y juntando polenta entre todos, hasta pueden reemplazar la etapa final de un cohete que se manca.
La respuesta verdadera es que a los EEUU, entre 1960 y 1991, no les hacía maldita la gracia que desarrolláramos sondas sub-espaciales que podían fácilmente transformarse en misiles, cosas militares disparables a toque de botón. Y menos que menos con los alemanes, que no son (o eran) de dejarse correr con la vaina, en términos diplomáticos.
Los EEUU se bancaron 31 años a espera de que apareciera una configuración ideal de debilidad política. Eso sí, cuando pintó fue un bingo insuperable: dominio monopolar del mundo desde Washington, y en la Argentina, una derrota militar en Malvinas, una deuda externa letal y un gobierno nacional suficientemente vendido como para cancelar el proyecto Cóndor II, cerrar la CNIE, echar a sus expertos a la calle e incluso tratar de volar a dinamita los búnqueres de fabricación de grano de la planta de Falda del Carmen, como exigió Domingo Cavallo.
Menem lo hizo, y si los búnqueres no volaron es porque el Dr. Conrado Varotto (el constructor original de INVAP) se tiró de palomita, reclamó el terreno e inauguró la CONAE para diseñar satélites de lo más civiles, incluso en colaboración con la NASA. Cuando alrededor de 1999, con el condoricida Menem aún de presidente, la flamante agencia espacial argenta ya tenía algunos éxitos en la materia, no va Varotto y declara que además construiría vehículos de puesta en órbita, para lo cual fundaría la empresa VENG. Obvio, desde Alaska a Tierra del Fuego no le creyó nadie. Porque no conocen a Varotto.
Pero el tipo, por su origen en el Programa Nuclear, sabe bien cuál es la utilidad última de un acceso propio al espacio: evitar boicots, que te dejen con tus satélites juntando polvo durante años en una sala limpia. O que te cobren lo que se les da la gana por lanzarlos. O que te pidan a cambio que firmes papeles raros y hagas concesiones extrañas. Y con centenares de empresas (algunas PyMES) y universidades diseñando sus propios microsatélites en el mundo y sólo 10 países con capacidad de lanzamiento, hay que ser un considerable mamerto para no ver el mercado que se nos abriría.
De modo que aquí estamos, sudando la camiseta rumbo al todavía lejano Tronador III. Con combustibles absolutamente nada militares, porque tanto el LOx como los hipergólicos hay que cargarlos horas enteras antes del lanzamiento. En 1991, cuando la Primera Guerra del Golfo, los viejos misiles soviéticos Scud de Saddam Hussein en general no llegaban a despegar justamente por eso: aún dispersos en sus camiones de lanzamiento en lo más remoto de los vastos desiertos iraquíes, los aviones de la Coalición dirigida por EEUU los hacían percha en tierra mientras estaban detenidos durante horas, cargando hidrazina y tetróxido de nitrógeno con mucha paciencia y con los dedos cruzados.
Ésa es la explicación última y más real de por qué hemos elegido combustibles tan difíciles para el Tronador III, cohete setentoso de cintura para abajo, y cincuentoso de cintura para arriba, pero civil de pies a cabeza. No provocan chirridos de embajadas. No provocan siquiera el interés de nuestros propios militares (hay algo de la utilidad bélica de la observación desde el espacio, muy evidente en la guerra de Ucrania, que parece que se les escapó).
Lo cual no quiere decir que la elección del kerolox y los hipergólicos tenga causas únicamente de política exterior: el Tronador III tendrá un impulso específico muy decente y suponemos -deseamos- que tambén una seguridad operativa aceptable. Si el kilo de carga puesto en órbita polar sale caro o barato, dependerá de la cantidad de Tronadores que fabriquemos, y eso a su vez de cuánta demanda de puesta en órbita insatisfecha se genere en otros países.
Al respecto, mientras la actividad espacial argentina no tenga el equivalente de un FONDEF para planificar sus inversiones, es difícil hacer pronósticos, especialmente acerca del futuro, como decía Niels Bohr. Y no se necesita sólo plata, sino socios con tecnología propia con los cuales poder cambiar figuritas y diseñar programas compartidos: mencioné a Brasil y la India, pero la Argentina hoy está por entrar a un club mayor que los incluye: el bloque BRICS (donde están además Rusia y Sudáfrica). ¿Es posible todo esto? Como suele decir el dueño de AgendAR: el que viva, lo verá.
Los únicos lanzadores recuperables hoy son los Falcon 9 de Space-X, la empresa de Elon Musk, y al billonario sudafricano le costó 15 años de errores y catástrofes lograr un precario éxito en un aterrizaje vertical en 2013. En cuanto a los vehículos turísticos de paseo suborbital de Space-X, Virgin Galactic y Blue Origin, esos sí que son reutilizables, ya que los billonarios muertos son mala publicidad. Pero nada de ir a órbita, por ahora. Apenas si arañan la línea de Karman, a 100 km. de altura, considerado límite geográfico entre la termósfera y el espacio orbital. Hay selfies más baratas, pero el que tiene plata…
Un buen programa espacial a largo plazo vale más por los «spin offs» terrestres que por lo que logra fuera del planeta. Todo el conocimiento tecnológico nuevo en soldadura, materiales especiales, sensores, aviónica, navegación y control que genere el equipo CONAE-INVAP-VENG-Universidad de la Plata probablemente nutran el Programa Nuclear y la Fábrica Argentina de Aviones.
Pero es conocimiento arduo. Nuestras laboriosas dificultades para construir algo tan aparentemente simple como un tanque esférico de LOx para nuestros futuros Tronadores certifican esto: el espantoso realismo con que los estadounidenses de a pie, los inventores del «slang» de los años ’50, llamaron a la tecnología muy compleja. Inventaron una expresión que sigue vigente: «That’s rocket science!» (Eso es ciencia de cohetes).
No kiddin’ there, Bro.
Daniel E. Arias es periodista, escritor y docente. Este artículo fue publicado en el sitio Web AgendAR.
Imagen de la soldadura por fricción de los gajos. (Foto: Gentileza).
[UN NUEVO HITO]
La Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) y la empresa VENG S.A. alcanzaron un nuevo hito en el desarrollo del proyecto Tronador II-250, luego de haber realizado con éxito la primera soldadura por fricción sobre los gajos de aluminio que conformarán los casquetes de los tanques estructurales del lanzador, que contendrán los propelentes de primera etapa. Con esta prueba se logró generar un prototipo idéntico a los que llevará el lanzador de satélites argentino.
Este logro se realizó en septiembre de 2022 en el Centro Espacial Punta Indio (CEPI) de la agencia espacial nacional, a partir de piezas diseñadas por la empresa VENG S.A., principal contratista del proyecto, y fabricadas por la Fábrica Argentina de Aviones “Brigadier San Martín” (FAdeA).
“Es un avance muy significativo hacia los componentes del Tronador II, porque nos permite continuar con el armado de un tanque prototipo”, afirmó Daniel Rocca, gerente de Acceso al Espacio de la CONAE. “Si bien aún continuamos trabajando en una fase de desarrollo tecnológico, ahora contamos con una pieza clave, el casquete, de 2,5 metros de diámetro, liviano y que puede ser armado a partir de gajos con los materiales y la tecnología de soldadura que necesita el Tronador II”, añadió.
Este trabajo se enmarca en el Proyecto Inyector Satelital Para Cargas Útiles Livianas (ISCUL) de la CONAE, a través del cual se lleva adelante el desarrollo y la fabricación del Tronador II, y que esta semana tuvo un importante apoyo de las máximas autoridades nacionales y provinciales, con la visita del presidente Alberto Fernández, del ministro de Ciencia, Tecnología e Innovación, Daniel Filmus, y del gobernador Juan Schiaretti al Centro Espacial Teófilo Tabanera (CETT), en Córdoba. La comitiva participó de la firma de un nuevo contrato entre la CONAE y VENG para avanzar en el proyecto del lanzador, que permitirá colocar en órbita satélites de entre 500 y 750 kg, a una altura de hasta 600 kilómetros de la Tierra.
El equipo de trabajo que realizó la primera soldadura por fricción sobre los gajos de aluminio. (Foto Gentileza).
TANQUES ESTRUCTURALES
La soldadura de los gajos requiere un proceso complejo por fricción, que se realizó en la estación de domos de la Máquina de Soldadura por Fricción instalada en el CEPI de la CONAE; y demanda un trabajo de programación diseñado especialmente para este fin. Este trabajo contó con la participación de las áreas de metrología de CEPI y del CETT, proveedores especializados y el equipo de VENG.
El proceso de soldadura de gajos permite la fabricación de los domos (cada uno conformado por ocho gajos) de los tanques para el lanzador Tronador II-250, el cual se suma al desarrollo ya alcanzado de soldadura longitudinal y circunferencial para los anillos centrales del tanque, con un diámetro de 2,5 metros. Luego, estas tapas se soldarán al prototipo del tanque estructural que cumple la función de fuselaje y almacenamiento de combustible de manera simultánea.
“Este hito, esta soldadura, resulta importante para VENG y el desarrollo de vehículos lanzadores, ya que se trata de la primera soldadura que realizamos sobre componentes producidos por un proveedor y sobre piezas de mayor complejidad geométrica. Por otro lado, esta soldadura representa el comienzo de la campaña de calificación de esta junta, compleja desde la programación y operación; y la confirmación que el centro de soldadura por fricción está 100% operativo y, sin dudas, listo para la producción de tanques estructurales”, explicó Pablo Bidinost, líder del proyecto de fabricación de tanques con soldadura por fricción-agitación (en inglés denominada Friction Stir Welding) en VENG.
Además destacó: “Este hito es un paso más en el trabajo que estamos realizando con el objetivo de poseer un lanzador nacional, ya hemos dado varios y vendrán muchos más en los meses siguientes. Es una gran satisfacción poder liderar este proyecto y ver como se superan los desafíos y se potencia la vinculación del sistema tecnológico y privados”.
FABRICACIÓN DE GAJOS
Los gajos de aluminio fueron fabricados por FAdeA a través de un proceso de estirado o stretch forming, en inglés, que resultó especialmente complejo porque las piezas poseen una doble curvatura. Para ello, la empresa Argentina Molaike desarrolló matrices específicas que permitieron alcanzar la geometría requerida.
“Hace un año comenzamos con el proceso de fabricación de los gajos. Ahora estamos transitando la siguiente etapa, de producción en serie”, informó Leonardo Carrizo, jefe de Programas de Aeroestructuras de FAdeA. “También estamos desarrollando el proceso de fabricación de largueros, piezas que también son parte del tanque estructural”, adelantó.
«En lo personal representa un gran orgullo haber liderado este proyecto desde FAdeA. Para nosotros este hito es volver a ser partícipe de la industria aeroespacial del país. Hemos realizado un trabajo con excelente sinergia entre ambas empresas donde pusimos a disposición las capacidades desarrolladas en la industria aeronáutica. En este caso la pieza, el gajo en sí, enfrentará cargas propias del ambiente espacial, pero pudimos adaptarnos comprendiendo a la perfección el diseño propuesto por VENG», explicó Carrizo.
«Estamos muy contentos de este suceso sabiendo que quedan todavía muchos desafíos por delante hacia el objetivo final de tener un lanzador que despegue y coloque satélites propios desde territorio nacional».
* Este artículo fue publicado en el sitio Web AgendAR.
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