El cohete insignia H3 de Japón falla en su primer vuelo de prueba

El primer cohete H3 de Japón, diseñado para lanzar satélites y reabastecer estaciones espaciales, volvió a caer a la Tierra el lunes (hora de EE. UU.) después de que su motor de segunda etapa no se encendiera cinco minutos después del vuelo de prueba inaugural del nuevo lanzador, destruyendo el cohete y una Tierra de tres toneladas. nave espacial de observación.

Después de una década en desarrollo y un aborto de último segundo en su primer intento de lanzamiento el mes pasado, el cohete H3 se cargó con hidrógeno líquido súper frío y oxígeno líquido el lunes mientras la cuenta regresiva avanzaba suavemente para el despegue a las 8:37:55 p. m. EST. (0137:55 GMT del martes). Los dos motores de la etapa central del cohete se encendieron en los segundos finales de la cuenta regresiva, luego se encendieron dos propulsores de cohetes sólidos para impulsar al H3 fuera de la plataforma de lanzamiento en el Centro Espacial Tanegashima.

Con 1,6 millones de libras de empuje, el cohete H3 saltó rápidamente de su plataforma de lanzamiento en Tanegashima, ubicada en un acantilado con vista al Océano Pacífico en la parte suroeste de la cadena de islas japonesas. El despegue se produjo a las 10:37 am, hora estándar de Japón.

El diseño del cohete se basa en la tecnología de propulsión utilizada en la generación anterior de cohetes H-2A y H-2B de Japón, pero sus motores gemelos de etapa central LE-9 utilizan un nuevo ciclo de motor y producen más empuje que los motores utilizados en vehículos de lanzamiento japoneses anteriores. Los problemas con el nuevo motor principal del cohete H3 fueron en gran parte los culpables de los retrasos en su primer vuelo a partir de 2020.

Pero los motores LE-9 parecían funcionar como se esperaba en el primer vuelo de prueba del H3. Los dos propulsores de cohetes sólidos del cohete se quemaron y se desecharon unos dos minutos después de la misión, seguido de la separación del cono de la nariz del H3 tres minutos y medio después del despegue, revelando la carga útil del Satélite de Observación Terrestre Avanzado 3 construido en Japón. Las cámaras terrestres mostraron que el cohete giraba a la derecha, como se esperaba, para desviarse de su trayectoria inicial hacia el este desde el sitio de lanzamiento hacia un rumbo sur para apuntar a una órbita polar.

El cohete apagó sus motores principales LE-9 en T+plus 4 minutos y 56 segundos. Ocho segundos después, la transmisión de datos de telemetría del cohete a una estación terrestre confirmó la separación de la primera etapa del H3 de la segunda etapa del lanzador.

Se suponía que la etapa superior encendería su motor LE-5B-3 alimentado con hidrógeno en T+plus 5 minutos y 16 segundos, pero los datos del cohete indicaron que el motor no arrancó. La telemetría del lanzador H3 también mostró que su velocidad disminuyó después de alcanzar una velocidad máxima de alrededor de 8,000 mph (13,000 kilómetros por hora), aproximadamente la mitad de la velocidad requerida para alcanzar una órbita estable alrededor de la Tierra.

Sin el empuje del motor de la etapa superior, el cohete continuó desacelerándose a medida que se arqueaba a una altitud máxima de casi 400 millas (unos 630 kilómetros), según los datos mostrados en una transmisión en vivo producida por la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón, o JAXA.

"Debido a que el motor de la segunda etapa no se encendió, no había posibilidad de que se pusiera en la órbita especificada", dijo JAXA.

JAXA dijo que los controladores de alcance enviaron un comando de destrucción al cohete después de determinar que "no había posibilidad de lograr la misión". Los escombros del cohete y del satélite ALOS 3 de tres toneladas cayeron sobre un tramo remoto del océano a unos cientos de millas al este de Filipinas.

Despegue del primer cohete H3, el nuevo vehículo de lanzamiento insignia de Japón. https://t.co/z2M97sdXxN pic.twitter.com/eEd3Rv1dMp

— Vuelo espacial ahora (@SpaceflightNow) 7 de marzo de 2023

JAXA dijo que una junta de investigación investigará la causa de la falla en el lanzamiento del H3.

"Es extremadamente lamentable que el lanzamiento del cohete H3, que se ha estado desarrollando como un nuevo cohete insignia, haya fallado, y lamento que no hayamos podido cumplir con las expectativas de la gente y de todos los involucrados", dijo Keiko Nagaoka. , Ministro de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón.

"Investigaremos la causa lo antes posible, formularemos contramedidas y responderemos con todas nuestras fuerzas y con un sentido de urgencia mientras cooperamos con organizaciones relacionadas para que podamos cumplir con las expectativas del cohete H3", dijo.

El H3 reemplazará al cohete H-2A y al vehículo de lanzamiento H-2B de Japón, que han acumulado una tasa de éxito del 98% en 55 misiones desde 2001.

La agencia espacial de Japón comenzó el desarrollo del cohete H3 en 2013, con el objetivo de reducir a la mitad el costo por lanzamiento del cohete H-2A. El nuevo cohete tiene una versión más económica, liviana y potente del motor de hidrógeno que vuela en el cohete H-2A y vuela con dos o tres motores principales en lugar de un solo motor en la etapa central del H-2A. .

El vuelo inaugural del cohete H3 fue propulsado por dos motores de etapa central LE-9, cada uno de los cuales produjo más de 330 000 libras de empuje, un tercio más de potencia que el motor LE-7A utilizado en el cohete H-2A. Las futuras misiones H3 podrían volar con tres motores principales, lo que permitiría que el cohete despegue sin necesidad de propulsores de cohetes sólidos.

Los ingenieros también actualizaron los propulsores de cohetes sólidos del cohete H-2A para el programa H3, con los nuevos motores de combustible sólido SRB 3 en el cohete H3 capaces de generar un 20 % más de empuje. Los diseñadores lograron ahorros de costos al simplificar la conexión entre los propulsores y la etapa central del cohete H3, y mediante el uso de una boquilla fija en el motor SRB 3, en lugar de una boquilla de vectorización en los propulsores de combustible sólido del cohete H-2A.

El motor LE-5B-3 en la etapa superior del cohete H3, que no se encendió en el vuelo de prueba del lunes, está diseñado para disparos múltiples en el espacio. Es una versión modernizada del motor LE-5B volado en el cohete H-2A, capaz de generar más de 30,000 libras de empuje en el espacio.

Los cambios en el motor de etapa superior introducidos en el cohete H3 mejoraron la eficiencia de combustible y la duración de disparo del LE-5B.

Para lograr la mejora en la eficiencia del combustible, los ingenieros modificaron el diseño del mezclador del motor, que combina hidrógeno líquido de la bomba turbo de combustible con hidrógeno gaseoso de los canales de refrigeración del motor. Los diseñadores cambiaron la turbina en la turbobomba de combustible del motor para reducir el riesgo de fatiga durante las misiones de duración prolongada con múltiples encendidos en la etapa superior.

El desarrollo del cohete H3 costó unos 200.000 millones de yenes, o 1.500 millones de dólares.

El primer vuelo de prueba del H3 se retrasó a partir de 2020 debido a problemas durante las pruebas del nuevo motor principal LE-9, que emplea un ciclo de purga de expansor que se usa más a menudo en motores de etapa superior de menor empuje. El ciclo de purga del expansor usa combustible de hidrógeno súper frío para enfriar la cámara de combustión del motor, luego el gas de hidrógeno calentado se usa para impulsar las turbobombas de combustible y oxidante del motor. El motor LE-7A del cohete H-2A utiliza un diseño diferente que opera en un ciclo de combustión por etapas.

El LE-9 también presenta válvulas accionadas eléctricamente y nuevas técnicas de fabricación, incluida la impresión 3D de componentes.

Los ingenieros descubrieron palas rotas en la turbobomba de combustible del motor LE-9 después de una prueba de fuego caliente en 2020 y encontraron agujeros en la pared interna de la cámara de combustión del motor. El equipo de desarrollo del motor rediseñó las palas de la turbina y las turbobombas de combustible y oxidante para resolver los problemas, luego realizó más pruebas de fuego caliente antes de autorizar el cohete H3 para su vuelo de prueba inaugural.

Mitsubishi Heavy Industries dirigió el equipo industrial japonés que desarrolló el cohete H3 bajo contrato con JAXA, la agencia espacial de Japón. MHI también dirigió el diseño y desarrollo de los motores LE-9 y LE-5B-3 de combustible líquido criogénico. IHI Aerospace desarrolló los propulsores de cohetes sólidos, basándose en el diseño utilizado en el cohete H-2A. Japan Aviation Electronics Industry Ltd. trabajó en el sistema de guía del cohete H3.

MHI tiene como objetivo lanzar el cohete H3 por tan solo $ 50 millones por misión, aproximadamente el 50% del costo de un vuelo de cohete H-2A. Japón ha lanzado 46 misiones H-2A, más nueve vuelos del cohete H-2B más pesado en misiones de reabastecimiento a la Estación Espacial Internacional. Queda un puñado de cohetes H-2A por volar, y el H-2B ya está retirado.

El cohete H3 viene en cuatro configuraciones, con la cantidad de motores principales, propulsores de cohetes sólidos y el tamaño del carenado de carga útil ajustable según los requisitos de la misión. El cohete H3 para Test Flight 1, o TF1, voló en la configuración H3-22S con dos motores de primera etapa, dos propulsores de cohetes sólidos con correa y un carenado de carga útil corto.

Según JAXA, el cohete H3 en su configuración más potente puede lanzar cargas útiles de hasta 6,5 ​​toneladas métricas a la órbita de transferencia geoestacionaria, un destino preferido por muchos grandes satélites de telecomunicaciones. Eso es comparable a la capacidad de elevación del cohete Falcon 9 de SpaceX.

Los ingenieros japoneses completaron una prueba de encendido de los motores principales del primer cohete H3 en Tanegashima en noviembre, luego integraron los dos motores de correa de combustible sólido y el carenado de carga útil antes del primer intento de lanzamiento de la misión en febrero, que fue abortado momentos antes del despegue debido a un problema eléctrico.

JAXA y MHI diseñaron el cohete H3 para lanzar satélites científicos japoneses, naves espaciales de seguridad nacional y recopilación de inteligencia, y el nuevo carguero de reabastecimiento HTV-X de Japón para la Estación Espacial Internacional. Japón también planea usar el cohete H3 para lanzar una versión de la nave de suministro HTV-X a la miniestación espacial Gateway que la NASA y otras agencias espaciales construirán en órbita alrededor de la luna.

Los funcionarios esperan atraer negocios de lanzamiento comercial para el cohete H3, que competirá con el cohete Falcon 9 de SpaceX, el vehículo de lanzamiento Vulcan de ULA y el cohete Ariane 6 de Europa. Al igual que el H3, los dos últimos vehículos tienen un diseño prescindible y aún no han volado, mientras que el Falcon 9 es parcialmente reutilizable y ocupa una posición de liderazgo en el mercado mundial de lanzamiento comercial.

Se suponía que la misión Advanced Land Observing Satellite 3, o ALOS 3, perdida en el vuelo de prueba del cohete H3 el lunes, recopilaría imágenes de alta resolución y amplia franja de las superficies terrestres de todo el mundo, proporcionando observaciones para la gestión de desastres, mapeo y monitoreo ambiental. .

Se esperaba que ALOS 3 se separara de la etapa superior del cohete H3 en una órbita de 675 kilómetros (419 millas) de altura unos 17 minutos después del despegue.

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