Meso: todo lo que se sabe del candidato de Pangea Aerospace para ser el primer cohete orbital español

Motor Demo P1

La empresa catalana Pangea Aerospace fue la primera en Europa en probar un motor aerospike. Además, estaba alimentado por metano, algo en lo que se adelantaron también a las dominantes Arianespace y Avio.

Sin embargo, su primer motor de prueba nunca llegará a lanzar un cohete al espacio. Para eso tienen el nuevo motor Arcos que propulsará al Meso. Este nuevo cohete, aún en desarrollo, opta a un contrato con el Gobierno de España de hasta 45 millones de euros.

Pero no está solo, un proyecto más sólido y asentado como el Miura 5 de PLD Space le plantea una dura competencia.

Meso como un acelerador lateral
Imagen del aspecto a fecha de principios de 2023 del cohete Meso. Se aprecian anclajes laterales en la base y en lo alto, además de la ausencia de una cofia, lo que apunta a que los catalanes ya han pensado en utilizar su cohete como un acelerador lateral. Fuente: Pangea

Propulsion

El Meso presenta una planta motora que compite en complejidad con el más avanzado de la actualidad, el Raptor de SpaceX. Con las lecciones aprendidas del Demo P1, hay numerosas diferencias respecto a este. Para empezar, la incorporación de dos turbobombas, una para el sistema de oxidante y otra para el propelente de 2 Meganewtons cada una, ambas idénticas.

Otra gran evolución respecto del primer motor de la compañía es que en este caso el aerospike, que sigue siendo toroidal, tiene varias toberas convencionales alimentándolo. En el primer diseño, la cámara de combustión era circular y ocupaba las paredes de la rampa, pero en este caso debido al aumento de tamaño y potencia, lo cual significa calor, no es posible. Por eso han desarrollado boquillas que emulan la forma de campana de las toberas convencionales, y sobre estas se sitúan las cámaras de combustión.

En total hay 24, y no han escatimado en I+D tampoco en esta parte, se trata de la primera de este tipo fabricada en dos materiales en Europa y ya ha validado su diseño. Hace apenas un mes la empresa anunció en rápida sucesión, una serie de pruebas en Lampoldshausen, Alemania, para luego mostrar imágenes de las mismas promocionando el éxito. El realizar las pruebas en ese lugar, unas instalaciones únicas hasta ahora de la Agencia Espacial Alemana, era una debilidad señalada por el CDTI. Sin embargo, la pasada semana la empresa anunció la creación de unos stand de pruebas más modestos, pero suficientes, en el aeropuerto de Lleida.

La gran ventaja de los aerospikes es su gran aumento en el impulso específico, por desgracia, ese importantísimo dato aún no es público y no ha habido forma de averiguarlo. La otra unidad de medida clave en un motor cohete sí lo es, en total, los 24 módulos del motor generan 300 kilonewtons.

CGI of what Arcos will be like
Computer generated image of what Arcos will look like. The copper color stands out due to the alloy in which it is made. Source: Pangea Aerospace

En el caso de la segunda etapa Pangea Aerospace persigue instalar un aerospike, sin embargo, no será posible en la primera iteración del Meso y queda como una tarea pendiente. Aquí hay un punto muy interesante, y es que es fácil inferir cual es la propuesta alternativa al desarrollo propio. Y es que la casi totalidad del equipo director trabajó en Avi antes de fundar la empresa, y por eso si surgen problemas acudirán a la fábrica italiana. Específicamente comprarían unidades del motor M10 diseñado por los italianos, pero también por el actual jefe del Departamento de Propulsión de los españoles, Federico Rossi.

Este motor plantea un problema, su primer vuelo está previsto para enero de 2026, más tarde de lo que puede estar listo el cohete. Este punto preocupa a la Mesa de Contratación, como reflejan los documentos públicos. Sin embargo, no tienen muchas otras opciones ya que los motores de methalox no abundan, y menos aún para segundas etapas en el margen de potencia que plantean. He methalox es el combustible empleado por el motor Arcos, metano y oxígeno líquido.

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

En el caso de Pangea, y buscando aumentar su sostenibilidad y cumplir además la normativa DNSH (Do Not Significant Harm, No Hacer Daño Significativo por sus siglas en inglés) de la Comisión Europea, será biometano. Producido en Suecia, cuenta con un 99,95% de pureza, es constante siempre al ser un proceso industrial, algo que les permite extraer algo más de energía del propelente.

En resumen, el Meso será un motor de methalox, con un ciclo de combustión abierto, generador de gas con un empuje de 300 kilonewtons y un impulso específico bastante alto (una estimación razonable es más de 320 segundos). A lo cual se le añade una tobera de tipo aerospike toroidal. Todo esto no convence a la Mesa de Contratación, la cual expone el alto riesgo de desarrollar tanto I+D con tan poco tiempo para ello.

Pangea Aerospace Methalox Aerospike encendido y validado portada
Habrá un salto enorme desde el Demo P1 (en la imagen) o el Teprel B a los motores de los cohetes orbitales de cada propuesta. Fuente de la imagen: Pangea Aerospace

Guidance, Navigation and Control (GNC) and avionics

El principio de las conclusiones de estos sistemas en el Meso por parte del equipo del CDTI es pésimo, califican como muy superficiales ambos. Pero y aquí está la clave de la propuesta del Equipo Nacional en este delicado campo, GMV es el socio encargado. Esta empresa fue la responsable del sistema de GNC en el Miura 1.

Es decir, la empresa que permitió, al menos en parte, un vuelo “completamente exitoso”, como afirmó PLD Space, trabaja ahora con la competencia. La experiencia de GMV en este tipo de sistemas es dilatada y ya estaba en el desarrollo de un cohete orbital español, como un socio principal, de la mano del Ministerio de Defensa. Aunque el aparentemente extinto cohete PILUM fracasase en dotar a España de capacidades de lanzamiento orbital, sobre sus cenizas se ha alzado este concurso. Una cosa a destacar sobre aquel, son las capacidades de lanzamiento y técnicas en general muy superiores a lo que aspiraba el proyecto anterior.

Pero a este le crecen los enanos en este apartado pues en la propuesta no había ningún detalle. Es decir, el sistema aviónica no aparecía descrito de forma alguna más allá de su existencia. Por ejemplo, se dice que tendrá un OBC (Ordenador de a Bordo y Control) pero no sus características, funciones o requisitos energéticos.

Replica sala contrrol galileo de GMV
Replica de la sala de operaciones de la constelación Galileo construida en Madrid por GMV. Esta permite probar nuevo software y herramientas como si se hiciera en la constelación real. Fuente: GMV

In it apartado de control, es verdad que disponemos de más datos y los responsables del contrato hablan de soluciones convencionales, “sin riesgo”. Se empleará una combinación de control de empuje vectorial con un sistema de control de reacción. El primero es más innovador porque no se había planteado como lo hace Pangea para un aerospike antes. Aunque en realidad es una solución bastante simple y evidente, pero solo su diseño modular lo posibilita. En este se permite el movimiento en dos ejes de cuatro de las veinticuatro toberas convencionales de las que dispone el motor de la primera etapa. Esto facilita al cohete un movimiento en tres ejes reales durante el vuelo de la primera etapa.

Para la segunda, este movimiento, pese a que es posible al disponer de dos toberas, se basará en RCS. He Sistema de Control de Reacción estará obtenido de un proveedor externo y que en principio no pertenece a los socios principales del proyecto. Servirá para cuando esta etapa no tenga los motores encendidos y como apoyo cuando sí que lo estén, además de girarla cuando se vaya a realizar el encendido para salir de órbita.

Destaca un cambio, por decirlo así, que implementó la Mesa sobre la marcha, pues el sistema de terminación de vuelo tradicional ya no es aceptable. “El lanzador debería incluir desde ahora la posibilidad de un sistema automático determinación de vuelo basado en localización y detección de fallo a bordo”. Supone problema significativo porque ese Know How apenas está disponible en Europa y es una materia complicada de abordar. Como ejemplo Rocket Lab sufrió retrasos from más de 18 meses implementando esta tecnología en su Electron.

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Pellets de fibra de carbono. Estos luego pueden ser reutilizados para fabricación de nuevas piezas. Fuente: Adobe Stock

Structures and materials

Una parte que en los últimos años ha cobrado mayor relevancia a la hora de comentar sistemas de lanzamiento espacial son los componentes empleados. La revolution that have meant the materiales y la impresión 3D, conviven con otros más clásicos, as aluminio either acero

Además, el Meso is a amalgama de diferentes compuestos en toda su fabricación, destaca sobre todo el cobre. Y lo hace porque no se usa para el cableado si no para resistir infernales temperaturas de miles de grados.

Una aleación desarrollada por la NASA, con la mirada puesta en la reutilización, atrajo la mirada de los catalanes para aliviar en parte el problema del calor extremo de un motor aerospike. Por otro lado, este diseño de motor, con su tobera refrigerada por los dos propelentes del cohete, les permite ahorrar peso en un escudo térmico. La reentrada, necesaria para la reutilización, tiene el sobradamente conocido problema del calentamiento por fricción con la atmósfera hasta los 1 500 ºC e incluso más. Pero el novísimo diseño de Pangea, fabricado por otra empresa llamada Aenium, en Valladolid, también respeta la función original del producto. Igual que esta aleación de cobre posibilita existir al diseño aerospike, permite la reentrada de la etapa con vistas a la reutilización. Destacar además que las piezas de esta are fabricadas por impresión en 3D. Se desconoce quién será encargado de construir las estructuras, pero con un alto grado de probabilidad será alguien ajeno a los escasos nombres conocidos.

Mock up ARCOS aerospike engine
Collection of models of the Arcos engine at the Pangea headquarters. Those that look like conventional nozzles are called engine modules (the first one in front). Source: Pangea Aerospace

Human capital: the people behind the machine

La Mesa de Contratación refleja un escenario un poco alarmante en el campo del capital humano en Pangea Aerospace. Por dos motivos, el principal, la empresa necesita multiplicar su número de empleados en varios órdenes para cumplir. Específicamente se dice que deberán triplicar su número (en mayo de este año la empresa ocupaba alrededor de 40-60 personas). Además, su labor como integrista está en tela de juicio por su falta de experiencia realizando tal misión. Afortunadamente para el proyecto, esto se compensa parcialmente con el Know How, y plantillas suficientes del resto de empresas del equipo. Aunque no aparece reflejado en el plan oficial enviado, se presupone por la dilatada experiencia de GMV, Sener Aeroespacial, GTD e ITP Aero. Más dudas podría llegar a plantear UARX aunque debido a su especialidad, ingeniería eminentemente mecánica y eléctrica, no deberían tener problemas en aumentar su plantilla si lo requirieran.

Adicionalmente, se plantean dudas sobre el sistema de gestión del proyecto. Aparentemente centrado en la micro gestión, se afirma que, en uno tan amplio y desestructurado, al estar centrado en la subcontratación, es un problem. Se requeriría control casi diario de los avances, lo cual es inasumible.

Foto Rossi
Federico Rossi, jefe de propulsión de Pangea Aerospace posa junto con una maqueta del Arcos. Fuente: Pangea

Upper stage

This section includes a little bit of everything, propulsion, fine guidance, cowling, satellite dispensers and kick stage. Empezando por esta última, aunque era opcional, la empresa optó por incluir una. Lamentablemente toda la información que permitiría la identificación de la misma está clasificada aún. Pero cabe destacar el vehículo OSSIE, este vehículo de transferencia orbital manufacturado por UARX podría tener cabida como Kick Stage en el Meso. Adicionalmente, la empresa principal, Pangea Aerospace, dispone de una nueva línea de productos para la propulsión dentro del espacio. Aunque el único motor probado hasta el momento, según la información disponible, es de solo 1N de empuje, por lo que no es viable por el momento.

Siguiendo con la cofia, es prácticamente seguro que el único proveedor sea Beyond Gravity, antiguamente llamada Ruag Space. Esta empresa fue la encargada también de la fabricación de la del Miura 1. Aunque no es su trabajo más famoso, dado que también fabrican las empleadas en los Atlas V, Ariane 5 y 6 y Vega. Esta información es pública por una solicitud de información a la industria que había realizado el CDTI previa a este concurso.

UARX dispensador de satelites
Los cofundadores de la empresa trabajan en RAMI, el primer dispensador de satélites diseñado por la fábrica, Fuente: UARX Space

Pero dentro de la cofia hay trabajo que realizar, y aquí hay una de cal y una de arena. Los sistemas de separación de satélites, igual que los dispensadores, están perfectamente definidos ya que era trabajo de UARX, una empresa que se dedica a ello. Lo hace además con notable éxito y como muestra, son los seleccionados para fabricar los del vuelo inaugural del Ariane 6 también. Por otro lado, no hay ninguna explicación a cómo se dispondrán los satélites dentro de la misma.

Es doblemente grave esta falta al ser un requisito mínimo e indispensable de la oferta. En una competición más abierta, quizá la propuesta habría sido descartada de plano por cometer un error tan grave. Se supone que para la siguiente fase debería estar subsanado este error, igual que muchos otros de la propuesta. Pero, no hay ninguna forma de verificarlo y por tanto queda como un grave punto negativo para Pangea como integradora y para el Meso como proyecto.

Cabe destacar que la empresa espera poder recuperar y reutilizar esta segunda etapa en el futuro. El exclusivísimo club de los cohetes 100% reutilizables está formado, viéndolo de forma realista, únicamente por SpaceX, Rocket Lab y Relativity Space. Aunque la ventaja del Meso sobre el resto de propuestas sería la actualización a futuro de la tobera de los motores de la segunda etapa a un aerospike. En estos momentos únicamente se plantea incorporar dos módulos de Arcos que desarrollan en conjunto 25 kilonewton con toberas de Laval.

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Imagen en detalle de la tobera de Laval presentada al mundo apenas hace un mes, justo antes de anunciar el éxito en sus pruebas en Lampoldshausen. Se aprecia el color rojizo característico del cobre empleado en la aleación en la que se fabrica. Fuente: Pangea Aerospace

Recovery

En Pangea Aerospace tienen claras las virtudes de su aerospike cara a la recuperación. Y el primer ejemplo de eso es que han realizado estudios junto a la ESA para averiguar cual es la forma de rescatar etapas en su regreso a la Tierra.

Las conclusiones son, peculiares. Si no se está muy al día de la actualidad aeroespacial es probable que no se conozca que su método ya ha sido probado. Lamentablemente, la empresa Rocket Lab anunció en febrero de este año que abandonaban ese coincidente plan. La osada maniobra consiste en pescar mediante un helicóptero la etapa en su descenso hacia la superficie terrestre. Suena más dramático de lo que en realidad es, porque la etapa cae frenada por paracaidas, aún así es peligroso. De hecho, en ninguna de las dos ocasiones que Rocket Lab lo intentó el helicóptero logró llevar a su base el cohete.

Estas dudas son expresadas por la Mesa de Contratación, dado que la experiencia de vuelo con la que esperaban contar en Pangea no es positiva. Sin embargo, siguiendo la experiencia de Rocket Lab, aparentemente no debería ser complicado rediseñar la recuperación en torno a pescar la etapa, pero en el mar. De hecho, los neozelandeses informaron públicamente que la mayoría de componente, pese al baño en el agua salada, mucho más agresiva, eran aptos para volver a volar. En cualquier caso y esto debe ser recalcado muy intensamente, el Meso no requerirá de ningún tipo de retropropulsión, lo cual mejorará notablemente su capacidad de carga en modo reutilizable.

Adicionalmente, la empresa trabaja en dotar a la segunda etapa de un aerospike del mismo tipo que la primera, lo cual permitirá trabajar en hacer 100% reutilizable el cohete. Todo un logro, incluso a nivel mundial, pues apenas SpaceX, Relativity y Rocket Lab trabajan en ese sentido. Además, las empresas estadounidenses y neozelandesa lo hacen con nuevos cohetes de formas mucho menos convencionales.

Recuperacion Rocket Lab
Imagen promocional generada por ordenador que muestra a un helicóptero capturando una primera etapa de un cohete Electron. Esta misma técnica es la que planea emplear Pangea Aerospace con el Meso. Fuente: Rocket Lab

economic part

Pangea Aerospace tiene un capital recaudado muy limitado. Se calcula que en estos momentos han obtenido, entre contratos, subvenciones, y rondas de financiación privada, menos de 20 millones de euros. Probablemente esa cifra se pueda estrechar hasta menos de los quince. Pese a que pueda parecer una cifra asombrosa, está muy lejos de lo que se necesita. Se estima que para un cohete convencional de las características que propone Pangea, se requiere no mucho menos de 270 millones de euros. Pero el problema de la empresa es que su cohete es de todo menos convencional. El uso de aerospike, la reutilización, el sistema de autodestrucción automático. Todo eso es dinero en un desarrollo que al que no le sobra un céntimo.

Cara al contrato han justificado un total de 41 990 780 €. Cabe destacar que 45 millones era el dinero total apartado para este, pero cada empresa optaba en realidad a 42, debido a que la Fase 1 contemplaba hasta tres propuestas. En este punto, no hay gran diferencia entre ambas empresas, al tratarse de unos pocos miles de euros sobre el total de 42 millones.

Presupuesto desglosado
Presupuesto desglosado, destaca la gran partida a subcontratación como era de esperar. Fuente: CDTI

El Meso es desde luego un desarrollo de I+D sin parangón casi a nivel global. A lo que se suma que Pangea Aerospace tiene un importante camino ya recorrido a la hora de desarrollar su aerospike. Pero, el tiempo en este contrato es muy limitado, y las dudas tantas que es muy difícil decidir si es la mejor idea. Pero hay algo en lo que no cabe duda, es mucho más avanzado que el Miura 5. Y dado que ni el Miura ni el Meso serán los primeros cohetes europeos privados ligeros, quizá esta sea la forma de vencer a los antecedentes pese a su mayor coste.

Meso reentry
Image of what the re-entry of the Meso would be like. Source: Pangea

Contextualizaciones

  • Due to the high competitiveness of the programs, much of the information is currently confidential. The compilation carried out uses information known during years of development and therefore could be outdated. If new information is received from the companies mentioned here, it will be corrected and published.
  •  Pese a la publicidad inicial no se ha firmado ningún tipo de acuerdo de Unión Temporal de Empresas, más conocidas como Consorcio para la presentación de este proyecto. Además de las empresas del “Equipo Nacional” como publicita Pangea Aerospace, hay más colaborando en el proyecto como ya se ha expresado a lo largo del artículo.
  • Meso era el nombre de la antigua propuesta de cohete de Pangea Aerospace en solitario. Esta ha sido cancelada oficialmente por la empresa, sin embargo, el nombre de este sucesor aún es desconocido y se ha preservado el de la propuesta anterior hasta tener el nuevo.
Martin Morala Andres