El revolucionario cohete de metano con el que China adelanta a Elon Musk y a la NASA

China va con todo en esta nueva edad de oro de la exploración espacial. La apuesta del gigante oriental pasa por un modelo híbrido compuesto por las grandes compañías estatales públicas y unas cada vez más incipientes empresas privadas. Dentro de esta última categoría se encuentra LandSpace, que acaba de conseguir algo que las grandes estadounidenses —como SpaceX o Blue Origin— todavía no han logrado con sus cohetes.

El pasado 12 de julio a eso de las 3 de la mañana hora española peninsular, el cohete Zhuque 2 (ZQ-2) despegaba desde el Centro Espacial de Juiquan con el único objetivo de probar la tecnología y desquitarse de un lanzamiento fallido del pasado diciembre. Y fue todo un éxito, consiguiendo colocar una carga simulada en la órbita programada empleando metano como combustible y oxígeno como comburente.

Esta mezcla, denominada methalox, supone uno de los avances técnicos más importantes que permitirá la mejor reutilización de los propulsores gracias a las propiedades químicas que se producen en la combustión. Siendo esta mucho más limpia que cuando se emplea el combustible RP-1 —el más utilizado en el sector— y, por tanto, facilitando las labores del personal para volverlo a poner a punto.

Cohete chino

LandSpace se fundó en el año 2015 con el objetivo de desarrollar un lanzador para poner cargas en órbita. Esta primera aproximación, denominada Zhuque 1, medía 19 metros de largo con una masa al despegue de 27 toneladas y una capacidad de carga útil de 400 kilogramos a una órbita baja. El lanzamiento de ese primer modelo en 2018 resultó en fracaso, tal y como indica Naukas. Lo que provocó que la compañía replantease su estrategia para enfocarse en el ZQ-2.

Esta nueva etapa dentro de LandScape fue —y sigue siendo— acompañada por la inversión privada de compañías chinas, lo que permitió la construcción de unas instalaciones acordes y una infraestructura de lanzamiento propia. Actualmente, el ZQ-2 es el lanzador privado chino más potente construido jamás gracias a que puede colocar en órbita baja hasta 4 toneladas y hasta 1,8 toneladas en una órbita polar heliosíncrona.

Zhuque-2 en la plataforma de lanzamiento LandSpace

Este cohete tiene una masa al lanzamiento de 219 toneladas distribuidas en sus 49,5 metros de longitud por 3,35 de diámetro que componen las 2 etapas y la cofia. La primera etapa de propulsión tan solo recurre a una única estructura central donde han integrado 4 motores de metano TQ-12 con un empuje de 80 toneladas en el vacío.

La segunda etapa la componen otro motor TQ-12 como elemento central y otros 4 motores TQ-11 especialmente diseñados para el empuje vectorial de la nave. En el futuro, LansdScape planea instalar en esta fase un único motor con salida de gases dirigida que haga las funciones de guiado.

Para ponerlo en perspectiva, el Falcon 9 de SpaceX tiene 70 metros de largo por 3,7 metros de diámetro y una masa en el lanzamiento de 550 toneladas. Los 9 motores de la primera etapa y el que representa la segunda le permiten una capacidad de carga de 22,8 toneladas a una órbita baja, 8,3 toneladas a una geoestacionaria y hasta 4 toneladas en un envío a Marte. 

El futuro es de metano

Si bien la creación de un propulsor de metano ha sido un terreno muy estudiado y explorado desde el punto de vista científico, ninguna de las propuestas presentadas hasta ahora había logrado cristalizar ni mucho menos entrar en servicio. Los ingenieros podían elegir 2 vías de desarrollo para sus cohetes, cada una de ellas con un combustible diferente: la del derivado del queroseno RP-1 y la vía del hidrógeno líquido.

La primera de ellas, como se indicó anteriormente, es la más extendida con usuarios tan populares como los motores del cohete Falcon 9 de SpaceX, que bate continuamente todos los récords de reutilización de propulsores. El RP-1 tiene las particularidades de ser muy fácilmente almacenable, económico de obtener y ampliamente disponible al ser un subproducto del petróleo.

Pero tiene el gran inconveniente de generar una gran cantidad de residuos durante la combustión, lo que aumenta de forma notable la complejidad y el tiempo que se necesita para limpiarlo después de cada lanzamiento. El combustible residual que queda en el propulsor y no se ha quemado correctamente puede polimerizarse e incluso carbonizarse en los puntos más calientes de la estructura.

Motores del Zhuque-2 LandSpace

En cuanto al formato del hidrógeno, la complejidad de su tratamiento a bajísimas temperaturas y altas presiones lo convierten en una molécula delicada que requiere un equipo de almacenamiento muy específico. Aún así, ha estado presente en muchos modelos de lanzadores como el Ariane 5 —lo estará también en Ariane 6— y supone una de las grandes esperanzas de Destinus, el avión hipersónico que se desarrolla en España.

El metano se erige así como una tercera vía con un impulso específico similar al queroseno y mucho más fácil de gestionar que el hidrógeno. Pero sin duda su principal baza es que en su combinación con el oxígeno líquido proporciona una combustión mucho más simple y limpia; alargando la vida de los motores y permitiendo que se reutilicen en más ocasiones. Este hecho, a la postre, abaratará de forma sensible la puesta en órbita de satélites y los viajes espaciales cuando se desarrollen cohetes para tal fin.

Otro de los puntos esenciales pasa por los futuros vuelos a Marte y el potencial del metano para ser el combustible estrella de los viajes interplanetarios. Gracias a la reacción de Sabatier, se puede producir agua y metano a partir de hidrógeno y dióxido de carbono, abriendo la puerta a emplear los recursos presentes en el propio planeta rojo para reabastecer los lanzadores y permitiendo nuevas misiones al no tener que llevar todo el combustible desde la Tierra.

Elon Musk con sus propulsores Raptor para la Starship está siendo uno de los vectores de innovación más importantes en el terreno del metano. SpaceX lleva desarrollando esta tecnología desde el 2012 y los ha probado en varias ocasiones, exitosas algunas y nefastas en las otras. En el ramo también está Blue Origin —la compañía espacial fundada por Jeff Bezos— con sus motores BE-4 integrados en el cohete New Glenn que tiene previsto levantar por primera vez el vuelo el próximo 2024.

La Starship en vuelo. SpaceX Omicrono

La NASA también se encuentra inmersa en varios proyectos que pretenden dar con un diseño de propulsor de metano, pero con una aproximación alejada a los grandes lanzadores. En 2015, la agencia espacial estadounidense estuvo probando un propulsor de metano integrarlo en los futuros aterrizadores —landers— pensados para las misiones a Marte futuras junto a la generación del combustible in situ.

Versión española

Pangea Aerospace se fundó en Barcelona en 2018 intentando lo más difícil todavía: emplear metano en un lanzador con un motor aerospike. En EL ESPAÑOL - Omicrono hablamos hace un tiempo con Xavier Llairó, uno de los 6 fundadores de la compañía y responsable de la parte comercial, estrategia, comunicación y marketing, quien explicó la importancia inminente de este combustible en el sector aeroespacial.

El motor aerospike fue revierte el esquema de un motor de cohete de campana tradicional. La NASA estuvo trabajando en él hace décadas pero el proyecto terminó por desecharse debido a la gran complejidad que suponía la propia fabricación, a pesar de que el rendimiento era muy prometedor.

Las nuevas técnicas de construcción aditiva empleando impresoras 3D de metal facilitan mucho el proceso. Lo que antes era una labor de orfebrería de varios técnicos e ingenieros ahora son unas cuantas líneas de programación de la máquina, mucho más precisa en este caso. Las pruebas ejecutadas por Pangea a finales de 2021 resultaron satisfactorias. "Fuimos muy agresivos y buscamos los límites del motor Arcos", comentó Llairó.

El Arcos tiene previsto poderse reutilizar un mínimo de 10 veces y realizarán la reentrada atmosférica completa si necesidad de encender el motor. "Con nuestro enfriamiento regenerativo, lo que realmente tenemos es un escudo térmico gracias a la geometría del motor". También emplearán la aerodinámica para conseguirlo, algo que ya realizan algunos pequeños lanzadores como el de Rocket Lab.

"El metano es el futuro porque hace que los motores sean mucho más fáciles de reutilizar que con el queroseno". Llairó indica que SpaceX se enfrenta en muchas ocasiones a cambios de motores en la primera etapa de los Falcon 9 precisamente por el hollín acumulado que se queda en los canales. Algo que no ocurre con el metano.

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