Programa preparatorio de futuros lanzadores - Future Launchers Preparatory Programme

El Programa Preparatorio de Futuros Lanzadores ( FLPP ) es un programa de desarrollo y maduración de tecnología de la Agencia Espacial Europea (ESA). Desarrolla tecnologías para la aplicación en futuros vehículos de lanzamiento europeos (lanzadores) y en actualizaciones de vehículos de lanzamiento existentes. De esta forma, ayuda a reducir el tiempo, el riesgo y el costo de los programas de desarrollo de lanzadores.
Iniciado en 2004, el objetivo inicial del programa era desarrollar tecnologías para que el Lanzador de próxima generación (NGL) siguiera a Ariane 5 . Con el inicio del proyecto Ariane 6 , el enfoque de FLPP se desplazó hacia un desarrollo general de nuevas tecnologías para lanzadores europeos.
FLPP desarrolla y madura tecnologías que se consideran prometedoras para aplicaciones futuras, pero que actualmente no tienen un nivel de preparación tecnológica (TRL) lo suficientemente alto como para permitir una evaluación clara de su rendimiento y el riesgo asociado. Estas tecnologías suelen tener un TRL inicial de 3 o menos. El objetivo es elevar el TRL hasta aproximadamente 6, creando así soluciones que se prueben en las condiciones relevantes y puedan integrarse en programas de desarrollo con un costo reducido y un riesgo limitado.

Propósito

Objetivos principales

Los principales objetivos de FLPP son:

  • Identificar y preparar la competencia y la tecnología del sistema para el desarrollo con el objetivo de limitar el tiempo de comercialización del lanzador en 5 años, reducir los costos recurrentes y el riesgo de desarrollo, mientras se mantiene la competitividad de la industria a largo plazo.
  • Promover la reutilización de tecnologías nuevas y existentes para reducir los costos de desarrollo a nivel mundial.
  • Realizar estudios de sistemas para evaluar las evoluciones de los lanzadores operativos, las futuras arquitecturas de los lanzadores, los conceptos avanzados, la tecnología seleccionada y los requisitos tecnológicos elaborados.
  • Salvaguardar las capacidades industriales europeas críticas para la explotación segura de los lanzadores actuales y el acceso garantizado al espacio.
  • Desarrollar tecnologías respetuosas con el medio ambiente.

Acercarse

FLPP aborda el problema de que, en muchos casos, las nuevas tecnologías prometedoras para futuras aplicaciones de lanzamiento poseen un TRL bajo. En esta etapa, la implementación de dicha tecnología en un programa de desarrollo presenta un riesgo significativo. Si resulta que la tecnología no funciona como se esperaba en las últimas etapas del desarrollo o el concepto que usa esa tecnología no es factible, un rediseño del sistema completo a menudo tiene impactos severos en el tiempo, la calidad y el costo.
FLPP aborda este problema a través de un enfoque impulsado por el sistema. Con base en estudios de sistemas para futuros sistemas de lanzamiento o actualizaciones de sistemas actuales, se seleccionan tecnologías prometedoras, que proporcionarán beneficios en línea con los objetivos de FLPP y tendrán un TRL bajo (típicamente 2-3). Estas tecnologías se desarrollan luego para alcanzar un TRL lo suficientemente alto (al menos 5, generalmente 6) para permitir su implementación en programas de desarrollo actuales o futuros con riesgos muy reducidos. Dado que la maduración de la tecnología ya se ha realizado en FLPP, el período de tiempo necesario para desarrollar un nuevo lanzador también se reduce significativamente.
El enfoque para madurar una tecnología en un demostrador basado en estudios de sistemas reduce en gran medida el impacto de un rendimiento peor de lo previsto (por ejemplo, en peso, eficiencia, complejidad) en comparación con el desarrollo de un lanzador, donde a menudo una gran parte del diseño del lanzador se ve afectado por un cambio en las características de un subsistema. Después de esta fase de maduración de "alto riesgo", la tecnología puede transferirse al desarrollo de un lanzador. Un cambio importante en las características anticipadas de una tecnología durante el curso de un desarrollo es mucho menos probable cuando ya se comienza con un TRL alto (es decir, TRL 6) en comparación con una tecnología de baja preparación.

Manifestantes

Para aumentar el nivel de preparación de la tecnología a 6, una tecnología debe probarse en un modelo o prototipo en un entorno relevante. Al realizar esto de manera rentable, una o varias tecnologías se integran en un demostrador y se prueban en un entorno relevante, considerando parámetros tales como medios, presiones y temperaturas.
Estos demostradores se basan en requisitos que se derivan de los sistemas de lanzamiento actuales o futuros, así como en la experiencia general. Los requisitos están diseñados para ser representativos de un sistema de lanzamiento y brindan la posibilidad de probar el rendimiento máximo alcanzable de las tecnologías integradas, así como los márgenes de seguridad.
Los demostradores suelen representar un subsistema del lanzador completo, por ejemplo, un tanque, una estructura de escenario o un motor.

Colaboración

Los proyectos realizados por FLPP dependen en gran medida de la colaboración con socios externos. Como el aumento de TRL que se persigue está vinculado a la aplicación posterior de la tecnología, estos socios suelen ser industriales. Si se considera beneficioso, también se elegirán socios institucionales o subcontratistas.

Estructura

El FLPP es un programa de desarrollo dentro de la dirección de lanzadores de la ESA.
FLPP está financiado por los estados miembros de la ESA de forma opcional. Los estados participantes firman su contribución a FLPP durante el consejo ministerial de la ESA.
Cronológicamente, el FLPP se estructura en períodos sucesivos, que suelen corresponder al tiempo entre consejos ministeriales. Para mantener la continuidad del trabajo, estos períodos se superponen.

Historia

Comienzo

FLPP se inició en febrero de 2004 con la suscripción de su declaración por 10 estados miembros de la ESA.

Período 1 (2004-2006)

El período 1 se centró en estudios para futuros vehículos de lanzamiento reutilizables (RLV). Se investigaron varios conceptos diferentes de RLV para seleccionar opciones viables y rentables. Además, se investigaron actualizaciones para reducir el costo de los lanzadores existentes.

Período 2 Paso 1 (2006-2009)

Durante este período, se continuó el trabajo sobre conceptos de lanzamiento reutilizables y desechables con estudios de sistemas sobre varias configuraciones de lanzadores prometedores. Además, las tecnologías clave para futuros lanzadores se integraron en demostradores para aumentar su TRL lo suficiente para una integración eficiente en el desarrollo de un lanzador. Un importante proyecto de demostración iniciado en este período fue el Vehículo Experimental Intermedio (IXV). Además, el desarrollo del motor de etapa superior del lanzador Vinci fue financiado y gestionado por el programa FLPP durante este tiempo.

Período 2 Paso 2 (2009-2013)

El segundo paso del período 2 completó los estudios del sistema sobre lanzadores fungibles. Se prosiguieron las actividades de desarrollo tecnológico, especialmente en las tecnologías de etapa superior y de reingreso, así como de propulsión. Mientras que el motor Vinci se transfirió al desarrollo de Ariane 5 ME, se inició un proyecto de demostración para un motor de primera etapa de alto empuje llamado Score-D. Además, se creó un proyecto de demostración para un motor de etapa superior que utiliza propulsores almacenables. La última parte de esta fase vio el inicio de un proyecto de demostración del ciclo del expansor criogénico.
Se iniciaron múltiples proyectos de demostración y desarrollo de tecnología relacionados con una amplia gama de tecnologías prometedoras. Estos se encontraban en los campos de las estructuras escénicas y entre etapas, tanques, aviónica y propulsión híbrida y sólida.

Periodo 3 / FLPP NEO (2013-2019)

El período 3 se inició en 2013 y se superpone con el período FLPP NEO (Nuevas Oportunidades Económicas), iniciado en 2016. Con el inicio de un proyecto dedicado Ariane 6, FLPP amplió su alcance de la preparación de tecnologías para un lanzador específico de próxima generación a la identificación general y la maduración de tecnologías prometedoras para futuros lanzadores, así como las actualizaciones de los vehículos de lanzamiento actuales. El proceso de identificación y maduración de tecnologías clave sigue estando impulsado por el sistema y se basa principalmente en estudios de sistemas y demostradores integrados. Un objetivo importante es fomentar las sinergias entre diferentes aplicaciones y lanzadores (por ejemplo, Ariane y Vega ). FLPP NEO continúa el enfoque tecnológico de los períodos anteriores con énfasis en demostradores emblemáticos y conceptos de lanzadores de muy bajo costo.

Proyectos

FLPP consta de múltiples proyectos de desarrollo de tecnología coordinados.

Proyectos Pasados

Esta sección enumera proyectos pasados ​​notables en FLPP. Esta lista incluye solo algunos proyectos importantes y no es exhaustiva.

Estudios del sistema NGL-ELV

Los estudios del sistema NGL-ELV se realizaron para identificar configuraciones prometedoras para que un lanzador de próxima generación siga a Ariane 5 , así como tecnologías que deberían integrarse en este lanzador, para lograr una alta confiabilidad, alto rendimiento y rentabilidad. Si las tecnologías identificadas no tuvieran un TRL suficiente para una integración eficiente en un programa de desarrollo de lanzadores, esas tecnologías podrían madurar dentro de FLPP.

Puntuación-D

El demostrador de motor de cohete de combustión por etapas (SCORE-D) fue un proyecto para desarrollar tecnologías y herramientas clave para el motor de alto empuje (HTE) que se planeó para impulsar el lanzador de próxima generación. Como combinaciones de propulsores se consideraron las combinaciones de oxígeno líquido / hidrógeno y oxígeno líquido / metano. Se realizaron varias pruebas a subescala en la preparación del proyecto de demostración.
Como la propulsión sólida se seleccionó inicialmente como línea de base para la primera etapa de Ariane 6, el proyecto se detuvo en la etapa de un SRR.

Vinci

El desarrollo del motor de etapa superior criogénico reencendido Vinci fue financiado y gestionado por FLPP desde 2006 hasta 2008.
Vinci fue concebido como el motor para la nueva etapa superior del Ariane 5, el ESC-B (Etage Supérieur Cryotechnique B / Cryogenic Etapa superior B). Es un motor de ciclo expansor reencendido, impulsado por oxígeno líquido e hidrógeno líquido.
Después del primer vuelo fallido de su predecesor ESC-A (V-157) en 2002, el desarrollo de ESC-B se detuvo, pero el desarrollo de Vinci continuó y luego se transfirió a FLPP. En FLPP, la tecnología fue madurada y probada exhaustivamente. A finales de 2008, Vinci fue transferido a Ariane 5 ME y, tras la interrupción de ese programa, a Ariane 6.

IXV

El Vehículo Experimental Intermedio (IXV) es un demostrador de reentrada para probar tecnologías para lanzadores y naves espaciales reutilizables. El foco principal de este proyecto radica en la protección térmica, así como en la mecánica y el control de vuelo. Fue lanzado por un cohete Vega en febrero de 2015. El reingreso se controló a través de dos flaps móviles, antes del despliegue de paracaídas y un amerizaje en el océano.

Proyectos actuales

Esta sección enumera proyectos actuales notables en FLPP. Como FLPP gestiona una multitud de proyectos en los principales dominios de "Propulsión", "Sistemas y Tecnologías" y "Aviónica y Electrónica", la siguiente lista incluye solo algunos proyectos importantes y no es exhaustiva.

Demostrador integrado de tecnología de ciclo expansor

El Demostrador Integrado de Tecnología de Ciclo Expansor (ETID) se basa en un concepto avanzado de motor de etapa superior parcialmente derivado de la tecnología Vinci. Incorporará varias tecnologías nuevas para mejorar el rendimiento del motor (especialmente empuje / peso) y reducir el coste unitario. Algunas de esas tecnologías también podrían ser beneficiosas para actividades fuera del sector de la propulsión. A partir de 2016, el proyecto se encuentra en fase de diseño y fabricación.

Demostrador de tecnología de propulsión almacenable

El demostrador de tecnología de propulsión almacenable ayudará a desarrollar tecnologías para un motor de cohete en el rango de empuje entre 3 y 8 kN. La tecnología desarrollada en este proyecto podría utilizarse en etapas superiores de pequeños lanzadores o aplicaciones con requisitos de empuje similares. El demostrador utiliza tecnologías novedosas de refrigeración, inyectores y amortiguación. A partir de 2016, el demostrador ha realizado con éxito dos campañas de prueba, tanto a nivel del suelo como encendidos al vacío. El comportamiento en estado estable se probó en una amplia gama de puntos operativos y para duraciones de hasta 110 segundos. Además, se probaron la estabilidad de la combustión y las variaciones de la longitud de la cámara de empuje.

Propulsión sólida

Los esfuerzos actuales relacionados con la propulsión sólida se centran en el desarrollo de tecnologías para futuras carcasas de motores y la investigación de la física de los motores de cohetes sólidos, especialmente las oscilaciones de presión. Ambos objetivos se persiguen a través de manifestantes. El “Pressure Oscillation Demonstrator eXperimental” (POD-X) está dedicado a la investigación de la física de la combustión y ya ha realizado un disparo de prueba, proporcionando información valiosa sobre los procesos de combustión de propulsión sólida. La "Caja de motor de cohete optimizada reforzada con fibra" (FORC) está dedicada al desarrollo del devanado de fibra seca combinado con la colocación automatizada de fibra seca y la posterior tecnología de infusión de resina para la fabricación de cajas de motor de cohete sólido de polímero reforzado con fibra de carbono de gran tamaño, incluida la producción de un artículo de prueba representativo y a escala real con un diámetro exterior de 3,5 metros. En septiembre de 2016, ya se habían producido múltiples muestras de subescala durante el desarrollo del proceso para FORC. Además, el artículo de prueba se encuentra en la fase de fabricación, con extensas pruebas de carga mecánica y presión programadas antes de fin de año.

Propulsión híbrida

Las actividades de propulsión híbrida en FLPP se centran en un proyecto de demostración en colaboración con Nammo . Este demostrador, que tiene dimensiones adecuadas para aplicaciones de vuelo posteriores, ha realizado en septiembre de 2016 una campaña de prueba de fuego caliente. Se está llevando a cabo una segunda campaña de prueba, que conduce a un diseño que se planea volar en un demostrador de cohetes con sonda.

Demostrador de tanque criogénico

El demostrador de tanques criogénicos es una serie de demostradores que se utilizarán para desarrollar y probar tecnologías para futuros sistemas de tanques criogénicos ligeros. En septiembre de 2016, se fabricó y probó un demostrador de subescala, con una versión a gran escala actualmente en la fase de diseño. Los demostradores también se pueden utilizar como plataforma de prueba para otros equipos de tanques y estructuras adyacentes.

Fabricación aditiva (AM)

FLPP está desarrollando tecnologías de fabricación de capas aditivas , también conocidas como impresión 3D, para su aplicación en vehículos de lanzamiento. Estas tecnologías tienen como objetivo proporcionar medios más rápidos y baratos de producción a pequeña escala, así como posibilidades de diseño adicionales, lo que conduce a estructuras más ligeras y eficientes.
Además de la aplicación de AM en varios otros proyectos, se inició un proyecto específico para madurar la tecnología y desarrollar aplicaciones para futuros lanzadores.

Tecnologías CFRP

Hay varios proyectos dentro de FLPP para tecnologías avanzadas para producir una amplia gama de estructuras de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP). Estas estructuras cubren el rango desde líneas de alimentación criogénicas y tanques criogénicos sobre estructuras de etapa superior hasta estructuras entre etapas.

Tecnologías de carenado

Varias tecnologías futuras relativas a carenados se desarrollan dentro de FLPP. Estos incluyen una membrana para sellar el interior del carenado desde el exterior para mantener las condiciones ambientales y la limpieza al nivel deseado y tecnologías para minimizar los golpes durante la separación del carenado.

Cápsula de observación de desorbitación

La cápsula de observación de desorbitación proporcionará datos detallados sobre la desintegración de las etapas superiores del lanzador durante el reingreso a la atmósfera. Esto ayudará a diseñar etapas futuras para unas maniobras de desorbitación seguras y eficientes.
Para recopilar estos datos, la cápsula se lanzará en un lanzador y después de la separación de la etapa en cuestión, observará el comportamiento y la desintegración de esa etapa durante el reingreso.

Sistema de adaptador de carga útil múltiple de propulsión automática

El alcance de esta actividad es analizar las necesidades, verificar la viabilidad y proporcionar una definición preliminar de un módulo orbital propulsor (APMAS), basado en un sistema dispensador de carga útil múltiple existente, para mejorar la misión y el rendimiento del vehículo de lanzamiento existente. etapas superiores tanto para Vega como para Ariane 6.

Adaptador de carga útil secundaria

El objetivo de este proyecto es desarrollar un modelo estructural y térmico para un anillo adaptador de carga útil secundaria para cargas útiles de hasta 30 kg. Esto podría ayudar a maximizar la masa de carga útil de los lanzadores Vega, Ariane 6 y Soyuz.

Diseño para la desaparición

El proyecto de diseño para la muerte (D4D) investiga los procesos que experimentan los componentes del vehículo durante el reingreso. Se hace especial hincapié en el comportamiento de fragmentación de componentes como etapas agotadas, impulsores, carenados o adaptadores de carga útil. El objetivo es comprender mejor el comportamiento a través de simulaciones numéricas, la creación de bases de datos de materiales y pruebas de túnel de viento de plasma. Los hallazgos contribuyen a reducir el riesgo de que los escombros impacten en el suelo de conformidad con los requisitos de mitigación de escombros de la ESA.

Alimentación a través de Ethernet

La tecnología Power over Ethernet permite mezclar la transmisión de potencia y señal en el mismo cable y tiene el potencial de ahorrar masa y costos, así como disminuir la complejidad operativa de la telemetría del lanzador. Actualmente se está llevando a cabo un proyecto para definir una arquitectura de telemetría de lanzador modular basada en esta tecnología. Su objetivo es utilizar componentes listos para usar para reducir el costo y el tiempo de desarrollo. En el futuro, el sistema podría integrarse en un demostrador de aviónica más grande y alimentar otros subsistemas en el bus de aviónica.

Banco de pruebas de aviónica avanzada

El banco de pruebas de aviónica avanzada presenta varias tecnologías innovadoras como: detección de fallas en el arnés, alimentación a través de Ethernet, sistemas de telemetría optoelectrónica y módulos de sensores de rejilla de fibra Bragg que permiten la conexión de múltiples sensores a través de una sola fibra. Se prevén demostraciones en tierra y en vuelo.

Avión espacial Space Rider

El Space RIDER es un avión espacial orbital no tripulado planificado en desarrollo que tiene como objetivo proporcionar a la Agencia Espacial Europea (ESA) un acceso al espacio asequible y de rutina. El desarrollo de Space RIDER está liderado por el programa italiano PRIDE para la ESA, y hereda la tecnología del Vehículo Experimental Intermedio (IXV). Se lanzará sobre un cohete Vega-C desde la Guayana Francesa en 2023 y aterrizará en una pista de aterrizaje en la isla de Santa María , en las Azores .

Coordinación con otros programas

Como programa de desarrollo de tecnología para futuros lanzadores y actualizaciones de lanzadores existentes, existe una estrecha coordinación entre FLPP y los programas de desarrollo de lanzadores para Ariane y Vega . Muchas de las tecnologías maduradas en FLPP están baselined para las configuraciones de Ariane 6 y Vega C .

Ver también

Referencias

enlaces externos