Tanques de prueba alimentados para la primera etapa reutilizable Themis de la ESA


Habilitación y soporte

12/01/2021
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Las pruebas recientemente completadas de dos tanques de propulsor establecieron un primer hito tecnológico en la hoja de ruta de reutilización de la ESA hacia la demostración de un vehículo de primera etapa reutilizable llamado Themis.

A través del programa Themis, la ESA tiene como objetivo evaluar el valor económico de la reutilización para Europa mientras invierte en nuevas tecnologías para su uso potencial en la futura flota de vehículos de lanzamiento de la ESA.

El enfoque experimental de Themis promueve el aprendizaje mediante pruebas de hardware. Esta metodología ágil se centra en actividades de mayor valor y funciona en escalas de tiempo cortas.

Sala de control

Para acelerar el desarrollo, las tecnologías se están probando al principio del ciclo de desarrollo. Como parte de esto, el contratista principal ArianeGroup realizó recientemente seis pruebas en Vernon, Francia, para validar los procesos y secuencias eléctricos y fluídicos para el funcionamiento correcto de dos tanques de propelente de prueba. Durante estas pruebas, los tanques se llenaron y luego se drenaron de propelentes criogénicos.

Esta fase inicial del proyecto Themis implica la preparación de las tecnologías de los vehículos de vuelo junto con demostraciones de encendido de su motor Prometheus reutilizable. También incluye la preparación del segmento terrestre en el Centro Espacial Esrange en Kiruna, Suecia, para los primeros vuelos de prueba de salto y cualquier remodelación asociada del vehículo entre vuelos.

Tanques de prueba Themis

Las operaciones fluídicas y eléctricas de estos tanques criogénicos de prueba y equipos de tierra se han validado con anticipación para eliminar el riesgo de las pruebas de encendido en caliente con el motor Prometheus en integración en el mismo banco de pruebas.

«Este es un momento emocionante. En el próximo camino para Themis, combinaremos dos bloques de construcción clave para el futuro de los sistemas de transporte espacial en Europa. Ambos se desarrollan dentro del Programa Preparatorio de Futuros Lanzadores de la ESA. Themis, el vehículo de primera etapa reutilizable insignia de la ESA y Prometheus, su motor reutilizable de bajo costo de próxima generación ”, dijo Yann Tincelin, ingeniero de proyectos de sistemas de transporte espacial en la ESA.

Prometheus es un motor de muy bajo costo construido extensamente a través de la fabricación de capas aditivas. Esto ha reducido el costo de producción estimado en un factor de diez en comparación con el motor Vulcain de etapa central del Ariane 5. Cuenta con empuje variable y múltiples encendidos y, por lo tanto, es adecuado para las etapas central y superior del cohete.

Efectos térmicos

El combustible utilizado para Prometheus es oxígeno líquido-metano que es altamente eficiente, permite la estandarización y la simplicidad operativa. El propulsor de metano también está ampliamente disponible y es fácil de manipular, lo que minimizará las operaciones en tierra antes y después del vuelo.

Es probable que las tecnologías de Prometheus se incorporen en las mejoras realizadas a los motores de cohetes actualmente en funcionamiento.

La industria europea da un camino adelante

Themis

Paralelamente a las actividades en curso para las pruebas de disparo en caliente en tierra, los demostradores de vuelo de Themis también se están preparando. Un ecosistema europeo de socios industriales avanza en el desarrollo y la fabricación de componentes.

Se fabrican tanques criogénicos de acero en versión de vuelo. Se están diseñando sistemas de actuación de vector de empuje optimizados de bajo costo para Prometheus. El sistema de patas de apoyo ha entrado en su etapa de diseño final antes de la fabricación. Todos estos bloques de construcción habilitadores se unirán para su integración en el demostrador de vuelo Themis para pruebas de salto a baja altitud en Kiruna, Suecia.

Demostraciones de Themis

Mientras tanto, el diseño final del ‘Complejo de lanzamiento 3’ en el Centro Espacial Kiruna Esrange ha sido revisado por el Centro Espacial Sueco y ArianeGroup, para preparar las primeras pruebas de lúpulo de Themis en Suecia en 2023.

Este progreso incremental se basa en una evaluación temprana en cada camino intermedio, enfocándose primero en la eliminación de riesgos técnicos de la integración de Prometheus en una etapa completamente operativa, luego en vuelos cada vez más representativos de los vehículos de lanzamiento operativos.

Los pasos finales serán vuelos desde el puerto espacial europeo en la Guayana Francesa en 2025 para demostrar el ascenso a gran altitud, reentrada, aterrizaje, reacondicionamiento y reutilización, con un demostrador Themis integrado equipado con tres motores Prometheus y todos los subsistemas necesarios para permitir la recuperación de la etapa.



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