PLD vs Pangea: la gran pelea por tener el primer cohete orbital español

pld pangea

El Centro de Desarrollo Técnico e Industrial (CDTI) de España ha lanzado una convocatoria para que la industria presente propuestas de micro lanzadores. A ella han concurrido dos compañías nacionales como socios principales, pero con una pléyade de empresas auxiliando en diferentes componentes. Una financiación de 42 millones de euros para el vencedor y probablemente un jugoso contrato para 4 o 6 lanzamientos están en juego.

El Miura 5 del PLD Space se presenta como la opción conservadora y experimentada. El Meso del Equipo Nacional es la opción innovadora y transversal.

ENCENDIDO dEMO p1
Prueba del motor Demo P1, el primer motor de Pangea.

Antes de abordar esta comparativa es recomendable la lectura de dos artículos anteriores específicos para cada cohete y mucho más exhaustivos. En ellos se habla de las capacidades propias de cada uno así como sus problemas. Sin embargo, este es más una comparación en las métricas apropiadas para ello, diferentes a las que usamos al describirlos.

El del Miura 5 puede encontrarse pinchando en este texto

El del Meso puede encontrarse pinchando en este texto

En este se puede encontrar un artículo explicando cómo funciona el contrato y las puntuaciones obtenidas por cada programa en su primera fase
Teprel 1b
Imagen de una prueba de fuego estatico de un motor Teprel 1B. Fuente: PLD Space

Propulsión

A priori no podría haber propuestas más opuestas en este apartado aunque hay una similitud nada desdeñable.

La diferencia más intuitiva entre ambos cohetes es el propelente empleado. Mientras que la serie Teprel de PLD Space, ya en su modelo C, emplea queroseno, en este modelo del tipo RP1 específico para cohetes. El Arcos de Pangea Aerospace emplea metano, fabricado en Suecia, con el medio ambiente en mente, han optado por utilizar biometano.

La elección del propelente en un motor cohete es determinante, por ejemplo el hidrógeno un combustible que ambas compañías señalan como superior. Pero en diferentes entrevistas ambas empresas afirmaron rechazarlo por su complejidad. Este punto quedó patente para todo el mundo y no sólo el sector más avanzado cuando el SLS de la NASA se quedó en tierra reiteradamente por problemas con este combustible.

Escoger un combustible u otro es llegar a una serie de compromisos de base sobre las prestaciones del mismo. A igualdad de tamaño un motor alimentado por metano será menos potente que uno que recibe queroseno. Sin embargo, también será al revés en el caso de la eficiencia.

Aunque es más significativo la pérdida de empuje que la ganancia en la segunda.

Por otro lado, el empleo del queroseno permite utilizar una única turbobomba en el sistema, sin embargo, Pangea Aerospace tendrá que usar dos. Es decir, los propelentes, el oxígeno líquido como oxidante y el metano líquido como comburente no pueden mezclarse antes de la cámara de combustión. Lo cual es una importante ventaja para PLD Space porque este elemento es el más complejo y caro de desarrollar en un motor cohete. Por eso es muy interesante la participación de ITP Aero como subcontrata en el proyecto de Pangea.

Esta empresa es especialista en motores de aviación, más complejos mecánicamente. Por ejemplo, son los fabricantes de la turbobomba del Eurofighter Typhoon, el caza europeo de generación 4+. La participación de este socio acelerará un desarrollo que ya de por sí está siendo rápido superando el diseño y la fase PDR en solo tres meses. Aunque por la información más actual disponible, PLD Space está más avanzada en este crítico sistema. Ellos ya están construyendo piezas de la misma.

Motor Eurofighter
Imagen del motor de un Eurofighter Typhoon, se llama EJ-2000. Está parcialmente diseñado y fabricado en España por ITP Aero. Fuente: AstroAventura

Mismos problemas en ingeniería tienen mismas soluciones: el ciclo de combustible y otras similitudes en los motores

Las similitudes entre ambos motores son notorias en el ámbito de la potencia, la modularidad y el ciclo de combustión. La casualidad responde al primero, lo segundo responde al avance en general de todo el sector que avanza hacia esa disposición, pero la tercera coincidencia requiere de más explicación.

El ciclo de combustión es el recorrido que realizan los combustibles dentro del motor y en qué partes están calientes y en cuáles fríos. Y aquí la coincidencia no responde a circunstancias externas, exclusivamente a la dificultad. Ambos han optado por un ciclo de combustión abierto, el más simple posible excluyendo el de presión y el de turbobomba eléctrica. Se caracteriza por perder una parte del comburente en el proceso para alimentar la turbobomba.

Es imposible cerrar este capítulo por otro lado, no hablando de la tobera aerospike de Arcos. La cual permite un aumento de en torno al 15% de rendimiento, aunque a un coste en desarrollo elevado. De hecho, la NASA ha desechado hasta en tres ocasiones esta solución en diferentes proyectos en diferentes momentos históricos siempre por su elevadísimo coste.

Ciclo abierto de motor cohete 1200x675 1
Diagrama de un ciclo de motor abierto (open cycle en inglés). El oxidante (oxidizer) en los dos motores españoles es oxígeno líquido, y el combustible (fuel) es en el Teprel C el queroseno y en el Arcos metano. Esta infografía está realizada por Everyday Astronaut

Capacidades de lanzamiento

A la hora de comparar dos cohetes podemos hablar mucho de cómo están hechos pero importan dos métricas. La primera es la que abordamos en este apartado. 

La cantidad de masa a órbita es la unidad de medida ya no estándar, si no prácticamente única. Quedando muy relegada y excluida únicamente a los círculos profesionales el C3 que significa la energía característica del lanzador. Esta es probable que nunca sea publicada, aunque será una pregunta necesaria en algún momento del futuro. Al menos, si Miguel Belló exdirector de la Agencia Espacial Española no hablaba en vano cuando dijo que era posible lanzar una misión española a la Luna.

El pliego de condiciones habla de una necesidad de lanzar al menos, 300 kilogramos a órbita heliosíncrona de 500 kilómetros de altitud. A lo cual se añade también otra imposición de ser capaces de levantar cargas útiles de 300 a 800 kilogramos a entre 300 y 1000 kilómetros. Aunque aquí hay una de los errores del pliego, ya que no se estipula exactamente a qué órbitas, es decir. La órbita heliosíncrona (SSO) es una órbita polar, pero muy específica. Sin embargo, entre los 300 y los 1000 kilómetros de altura hay docenas de capas a distintos planos orbitales de interés, pero no se estipula la cantidad de carga mínima a cada una.

En cualquier caso, más importante que lo que diga el pliego es lo que diga cada una de las empresas sobre sus proyectos. Por un lado, el Miura 5, más potente tiene anunciada una capacidad de 1000 kilogramos a órbita baja terrestre, supuestamente de 300 kilómetros. Aunque, esta se reduce sustancialmente, hasta los 540 al hablar de órbita heliosíncrona.

Desafortunadamente, de Pangea Aerospace solo tenemos una respuesta a esta pregunta: Las capacidades son las que cumplen con el pliego del PERTE“. Aunque, luego sí que añadió a este medio que podría lanzar 500 kilogramos a una órbita SSO. Sin embargo, con los datos de potencia y tamaño en la mano, 20,6 m de longitud por 1,8 m de diámetro y 22,6 toneladas de masa al lanzamiento. Esta respuesta parece dicha más con intención de esquivar la pregunta y probablemente sea algo menor. Estará en el entorno de los 700 a 800 kilogramos a una órbita baja de unos 200 kilómetros.

Resumiendo, el Miura 5 será algo más capaz que el Meso, aunque, hay una cuestión sin abordar y que da una notable ventaja en esta métrica a Pangea. Es la penalización en la carga útil por la reutilización, esta será menor en el Meso por su diseño no requiriendo de retropropulsión en ningún punto del retorno.

Foto promocional Miura 5
Foto promocional del despegue de un Miura 5. Fuente: PLD Space

Cuánto cuesta lanzar tu cohete y qué saca el Estado de ello

Aunque hay que separar dos precios, el absoluto y el precio por kilogramo pero el coste es importante comparando sistemas de lanzamiento. Pero debido a tratarse de un programa con financiación estatal, el Gobierno espera recibir a futuro un retorno económico más allá de los impuesto. Y este punto puede ser determinante en determinar el vencedor del programa.

En este apartado honestamente no tiene sentido hablar de costes de desarrollo. No porque no sean importantes, si no porque en este contrato dan igual. Desconocemos si el Gobierno estaba completamente desconectado de la realidad del desarrollo de microlanzadores, pero la realidad es que los 45 millones de euros del contratos parecen una mala broma. El coste de desarrollo de un cohete de este estilo ronda los 300 millones de euros según varias estimaciones y las experiencias de Rocket Lab y Firefly Aerospace. Aunque ninguna de las empresas del contrato ha expresado públicamente ninguna queja al respecto cabe destacar.

Saltando ahora si a los precios, a cuánto costará lanzar el primer cohete español orbital, la respuesta breve es bastante. Nuevamente no disponemos de un número cerrado en la propuesta del Meso. Pero PLD Space ya ha distribuido un precio objetivo: 10 millones de euros por cohete. Lo que nos daría un coste de solo 10 000€/kilogramo a órbita. Aunque esto sería a la órbita más baja y más próxima al ecuador posible, un destino relativamente poco habitual.

Por el otro lado tenemos una respuesta aún más escueta que en el apartado anterior. Entre 20 000 y 30 000 euros por kilogramo, sin tener una órbita definida, pero no es difícil imaginar que Àdria Argemi hablaba de órbita baja terrestre. Tomando el dato antes estimado de la capacidad de carga tenemos una horquilla de precios de entre 14 y 21 millones de euros por lanzamiento.

Pero llega la hora de ver qué obtenemos los ciudadanos después de apostar por estas empresas privadas. Hay dos modalidades, la de retorno mediante royalties y la de capital.

La primera es evidentemente mucho más jugosa al hablar de decenas de millones por cada lanzamiento. Y aquí Pangea Aerospace podría haber acertado desde el punto de vista de lograr el dinero, pero es complejo averiguar si lo es comercialmente. La empresa catalana pagará un 15% de royalties. PLD Space ofrece un sustancial 2,5% pero queda completamente eclipsado.

Por otro lado, los ilicitanos ofrecen un 20% de retorno del capital en concepto de futuros, mientras que la competencia no devolvería nada.

Esto se trasladaba en las puntuaciones del contrato otorgando 5 puntos a Pangea por 0,69 a PLD. Con unas puntuaciones totales de 62,24 y 60,94 en la primera fase, esta arriesgada decisión podría decantar el contrato.

Reentrada Meso
Imagen de como sería la reentrada del Meso. Fuente: Pangea

Es complicado resumir las miles de palabras dedicadas a los cohetes, a las empresas y al contrato. Imposible presentar unas conclusiones sin extenderme de nuevo otras tantas. Pero el New Space español ha despegado como muy pocos, existen dos propuestas muy serias para crear de casi cero un lanzador en España. Esto es algo que ya se ha intentado y ha fracasado, pero esta podría ser la vez definitiva. Y si así es, cualquiera de las empresas que lo logré presentará un vehículo competitivo en todo el mundo.

Martín Morala Andrés