Analyzing the explosive second flight of the Starship

Portada 1

El catastrófico primer vuelo de la Starship mostró la complejidad del sistema. Quizá especialmente a SpaceX y Elon Musk. La Agencia Federal de Aviación ha mantenido bajo una estricta investigación todo el proyecto durante los últimos meses lo que ha condicionado los plazos. Sin embargo, y contrariamente a lo que cabía esperar, el lanzamiento se completó en su casi totalidad.

F UEA haAAAF7h1 scaled
Imagen del lanzamiento de SpaceX

De abajo a arriba: la plataforma de lanzamiento

La primera explosión de Starship no fue en vuelo, fue en tierra. Para calcular algunos de los acontecimientos que arrojaron piedras y polvo a kilómetros de distancia se han usado modelos de volcanes. Esto habla de la potencia que implementan los 33 motores Raptor empleados por el Super Heavy.

La inexplicable decisión de no incorporar un sistema de supresión de ruido en la base de la plataforma de lanzamiento se ha solventado ahora. Tarde, pero siempre mejor que nunca

Gracias a este nuevo elemento en todas las imágenes enviadas desde Boca Chica se vé claramente que no hay daños, o que si estos existen son muy leves, en el otro vuelo la destrucción fue total. Incluso quedaron expuestos los cimientos de la propia plataforma de lanzamiento. Claramente otro de los motivos por los cuales se ha tardado tanto en volver a intentar un lanzamiento de la Starship.

imagen plataforma de la lanzamiento
Imagen después del lanzamiento de la plataforma. Fuente: @StarshipGazer en Twitter

El pilar olvidado de la Starship: los Raptor

Starship es un cohete especial único y extremadamente complejo. Todo ello se asienta sobre la aún más compleja base de un motor Raptor que está varios años por delante de lo que nadie ha ofrecido nunca. Existen motores de hydrolox que quizá sean ligeramente más complejos. Pero, técnicamente, el Raptor, es impecable, el ciclo de combustión de ciclo completo escalonado es lo mejor que se puede hacer para un motor químico.

Se ha hablado mucho en este lanzamiento de los motores, en contraposición a lo que pasó en el primer vuelo. En el primero los daños sufridos en la ignición en tierra destruyó varios sin haber alzado el vuelo y varios más fallaron el aire. Realmente esta fue una de las causas que llevó a SpaceX a activar el sistema de autodestrucción. Al perder tantos motores el cohete no fue controlable durante la separación de etapas. A lo cual se suma que probablemente la secuencia de apagado en aquel momento falló.

En este vuelo el total de 39 motores Raptor funcionaron, a primera vista, al 100% durante todo el vuelo.

Comparacion raptor super heavy
Imagen donde se ve la combustión erratica y varios motores perdidos durante el primer vuelo en comparación a la uniformidad que presentó el cohete B9. Fuente: @Lezzyl_ en Twitter

La impresionante separación hot-staging

El estrambótico proceso de separación que había ideado SpaceX para la Starship fue condición suficiente para desencadenar la brutal detonación del primer vuelo. Requería un cambio. 

La solución ha salido de mirar hacia el este. Desde hace mucho tiempo que no se veía un cohete estadounidense utilizar el concepto de hot staging. Sin embargo, en Rusia, India y China es un concepto plenamente vigente y a la orden del día en numerosos cohetes, incluso algunos de nueva factura. Esta técnica consiste en encender la segunda etapa antes de que se apague la primera.

Evidentemente esto tiene un grave problema cara a la reutilización, además de otros problemas asociados. Tiene ciertas ventajas como el hecho de simplifica el proceso, y en ocasiones reducir el peso ya que la estructura debe permitir la salida de gases. Es decir, está agujereada y evita que explote esa sección al realizarse la ignición los motores de la etapa superior.

En este caso ha funcionado, razonable al ser un concepto bastante sencillo técnicamente. Aun así SpaceX debe encontrar algún tipo de solución a qué hacer con la sección inter etapas la cual aparentemente se descarta hoy por hoy.

Separacion de etapas Starship hot staging scaled
Imagen de SpaceX que muestra la separación.

La primera explosión, el Super Heavy

Poco después de la separación la cual se produjo exitosamente la etapa Super Heavy, la primera del cohete explotó dramáticamente. La deflagración ocurrió una vez se había dado la vuelta para iniciar la maniobra de frenado propulsado. Esta, ideada para que la primera etapa retorne a la base de lanzamiento y sea rápidamente reutilizable se completó.

Pero hasta ahí llegó su vida, una vez se había dado la vuelta explotó en mil pedazos. La explosión parece coordinarse con el momento en que se encienden los motores Raptor, pues unos instantes antes se ve el disparo del sistema de reacción y control y no se aprecian problemas. Por supuesto la casualidad no debe confundirse con causalidad y podría ser que las fuerzas aerodinámicas sean enteramente responsables de la explosión.

Aunque hay otra posible explicación, la expuesta por Scott Manley en X, la antigua Twitter.

Según él, atendiendo a la telemetría ofrecida por SpaceX, el Super Heavy experimentó una importante fuerza G negativa durante la separación de etapas. Si esto fuera así, el combustible, se habría alejado del fondo de los tanques y al mismo tiempo habría dejado a los motores en funcionamiento pero sin líquido.

Esto podría haber causado daños catastróficos en todo el sistema de uno o más motores al producirse la temida cavitación. Al producirse el reencendido esto habría sido el punto de fallo desde el cual se activaría la secuencia de autodestrucción. Pues está confirmado que esta etapa se autodestruyó siguiendo comando del sistema AFTS.

Imagen radar del punto de reentrada
Imagen de radar del punto de reentrada de la Starship. Coincide con la trayctoría prevista. Fuente: NOAA/K. Howard

El resto del camino y la explosión final

El resto del lanzamiento de Starship fue perfecto. Al menos lo aparentó visto desde fuera. Incluso las nubes de escombros que dejó la explosión final de la segunda etapa coinciden con un muy alto grado con la trayectoria prevista del cohete. Sin embargo, esto no esclarece lo que sucedió. De hecho complica aún más la búsqueda de la verdad.

El cohete llevaba instalado un Sistema Automático de Terminación del Vuelo (AFTS). Esto es, existe un programa informático a bordo que sabe dónde está el cohete y que si este se saliera de la trayectoria, lo destruiría mediante los paquetes de explosivos que se le instalaron ad-hoc. En un vuelo más normal se emplearía una despresurización rápida de los tanques para realizar la destrucción segura. Además que este sistema no está automatizado en la mayoría de cohetes aún. En esos casos se emplea a un miembro del equipo de la sala de control que literalmente mantiene la mano sobre un botón rojo que envía la orden de destrucción.

Según se ha podido saber, poco antes o después del apagado de los motores de la Starship, este se activó. Las razones no están nada claras porque aparentemente todos los motores se debían encontrar en buenas condiciones. Tampoco habría problemas estructurales a los que achacar la deflagración.

Losetas perdidas
Imagen donde se aprecian grandes secciones de la Starship descubiertas de losetas térmicas. Fuente: SpaceX

Esta mañana hemos publicado la editorial dedicada a este apasionante lanzamiento. Claramente nos encontramos un vuelo que los fanáticos de SpaceX y la propia empresa venderán como un rotundo éxito. Sin embargo se deben rebajar las expectativas. La Starship no ha llegado a órbita. EL Super Heavy no ha sido capaz de regresar al suelo y lo más grave de todo. El problema de la pérdida de losetas térmicas no parece solventado. Y sin estas, el regreso desde órbita es muy complicado o directamente imposible como demostró el transbordador espacial. 

Martin Morala Andres