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Motores Raptor:
Propulsión y control de actitud

A continuación se hablará principalmente sobre la máquina que da vida al sistema de lanzamiento Starship: sus motores cohete llamados «Raptor» –abreviado de velociraptor. Han sido desarrollados por SpaceX durante años. Al sucederse los ensayos que conducirán a un vehículo operacional, se han ido avistando un gran número de estos motores, y no queda duda alguna del protagonismo que tienen en todo el proyecto. Adicionalmente, otros motores con los que cuenta la nave.

Piezas únicas de ingeniería

Estos motores Raptor utilizan por primera vez con éxito el ciclo de funcionamiento llamado de combustión escalonada de flujo completo. Nunca antes voló un vehículo propulsado por un motor tal. Esto no sorprende, ya que diseñarlo para que opere así implica desafíos de ingeniería colosales. Sin embargo, este ciclo es el más eficiente que se conoce. Primero realiza una combustión parcial en los prequemadores, uno de combustible y el otro de oxidante. En segunda instancia, los gases llegan a la cámara de combustión principal, donde se queman completamente. Así, se aprovechan los propelentes al máximo.

infografia raptor
credit: @untropero
Por otro lado, utilizará metano como combustible y oxígeno como oxidante. Esta elección de propelentes permite contar con tanques menores y quemar más limpio. Ambas características mejoran la actuación y la reusabilidad del motor. Asimismo, la idea es que estos sean los únicos fluidos que necesite Starship. Es decir, que tanto la ignición como la reignición del motor, la presurización de los tanques y el control de actitud deben ser capaces de ser utilizados con los mencionados propelentes solamente.
Adicionalmente, y de gran importancia, ambas sustancias pueden obtenerse de los recursos naturales de Marte. ¡Habría una refinería en la superficie marciana! Una Starship podría reaprovisionarse allí antes de emprender el viaje de retorno.

Mientras más madura el diseño de estos motores cohete, más se acercan a lograr 2200 kN de empuje en el caso de la versión de nivel del mar (RNdM), con unos 325 s de impulso específico.

Sobre la versión adaptada al vacío del espacio (RVac), con una tobera extendida, podría esperarse un empuje estimado de unos 2400 kN, con un impulso específico de 380 s. Este motor estaría instalado sólo en Starship, en su función de segunda etapa.

Una tercera versión (RBst), sin la regulación de empuje, ni la capacidad de pivotar, se usaría sólo en Super Heavy. Según ‘tweets’ de Elon, consigue un empuje de alrededor de 2950 kN.

Dada la existencia de un motor según esta tercera variante, la primera etapa ya no necesitará 36 Raptors para alcanzar los 72000 kN de empuje total. Elon Musk habló de 28, contando 20 de la variante «booster» y 8 de la de nivel del mar, para propulsar con un total de 73500 kN de empuje.

Motor Raptor de la nave Starship
Credit: @AlexSvanArt
Empuje [kN]
Impulso específico [s]
Motor
a NdM
en vacío
a NdM
en vacío

Control de Actitud

Momentáneamente en los prototipos SN se realiza mediante impulsores de gas frío: utilizan nitrógeno gaseoso (aire, esencialmente). A futuro se prevé la implementación de impulsores de gas caliente que funcionen con los mismos propelentes que los Raptors y que cuenten con mayor potencia y eficiencia que los de nitrógeno (ISP: 300 s vs. 60 s). Esto otorgará un control más efectivo en todo momento, sobre todo en el vuelo espacial, y colaborará también en la maniobra de panzazo y restablecimiento, previo al aterrizaje, aunque aparentemente siempre utilizarán los Raptor. No se sabe demasiado más al respecto de estos pequeños motores, excepto que quizás tengan nombre de ave y entreguen en el orden de los 20 kN de empuje.

Propulsión Lunar

Cabe mencionar, también, que para posarse sobre la superficie lunar será necesario contar con motores instalados lejos del suelo. Este requerimiento surge de tener en cuenta que el chorro de un motor contra dicho suelo, seguramente, lo perforará e incluso arrojará regolito en todas direcciones. Dada la falta de atmósfera y la baja gravedad de la Luna, se corre el riesgo de generar escombros en órbita lunar.

¡¡ La NASA ha elegido a SpaceX para volver a la Luna !!

El viernes 16 de abril de 2021 la NASA anunció que SpaceX había sido seleccionada para proseguir con el desarrollo del Sistema Aterrizador Humano –HLS, por sus siglas en inglés– dentro del programa Artemis. El mismo tiene por objetivo volver a llevar astronautas estadounidenses a la superficie lunar, y en particular a la primera mujer

De esta forma, la vencedora deja fuera las propuestas de National Team –que aglomera a Blue Origin, Lockheed Martin, Northrop Grumman y Draper– y de Dynetics –la que además de a ésta reúne a Leidos y otras 25 empresas. Así, la compañía de Elon Musk recibirá un total de USD 2.890 millones, que estarán enfocados en lograr la primera misión de demostración que alunice.

Nave espacial lunarship de SpaceX

Entre los motivos de la elección, se menciona que se trata de una opción sustentable y que pueda reutilizarse recurrentemente en conjunto con la futura estación Gateway que orbitará la Luna. Para ello, contará con dos puertos de acople y dos sistemas de soporte vital, otorgando redundancia. Asimismo, los documentos donde se asentó la decisión muestran otras, como que se trata de la mayor nave de entre las propuestas, con mayor capacidad de carga y de expandir lo que ofrece, a pesar de ser la más barata. Buscando cumplir este propósito se utilizará la versión lunar de Starship, la cual se observa en el comunicado presentando algunas modificaciones respecto del último diseño oficial que se hizo público. Aquí pueden apreciarse quizás una veintena de propulsores de aterrizaje, pero de menor tamaño. Se ha dado una reubicación de los paneles solares y una reformulación de la compuerta de carga.

Adicionalmente, se destacan las patas de aterrizaje mucho mayores y más similares a las que se puede ver en una primera etapa del Falcon 9. Como se sabe, esta versión no regresará a la atmósfera terrestre, por lo que no cuenta con superficies de control aerodinámico, ni escudo térmico. En cambio, realizará la misión descrita, luego viajará hacia una órbita terrestre baja donde será repostada, para finalmente regresar a la órbita casi rectilínea de halo en la que se encontrará Gateway. Y así, repitiendo el ciclo