KARI alcanza la órbita en el segundo vuelo de prueba del cohete doméstico Nuri

El Instituto de Investigación Aeroespacial de Corea (KARI) ha llevado a cabo su segundo lanzamiento del vehículo de lanzamiento espacial de Corea (KSLV)-II, también conocido como Nuri. Este fue el regreso al vuelo de Nuri después de casi alcanzar la órbita en su misión anterior. El cohete despegó del Complejo de Lanzamiento-2 (LC-2) en el Centro Espacial Naro el 21 de junio a las 16:00 hora de Corea (07:00 UTC).

Este lanzamiento fue el segundo vuelo de demostración de Nuri y el quinto intento de lanzamiento orbital de KARI en general. En este vuelo, Nuri llevó un simulador de masa de 1,2 toneladas métricas, el satélite de verificación de rendimiento (PVSAT) de 162,5 kg, cuatro CubeSat y un CubeSat ficticio para ponerlos en órbita con éxito.

Descripción general del cohete y la carga útil:

Nuri es el vehículo de lanzamiento orbital de segunda generación de Corea del Sur. El cohete es el primer cohete de fabricación nacional del país en alcanzar la órbita. El primer cohete orbital de Corea del Sur fue el KSLV-I, también conocido como Naro-1.

Naro-1 fue un sistema de lanzamiento orbital de satélites pequeños desarrollado conjuntamente por Corea del Sur y Rusia. La primera etapa fue un Universal Rocket Module (URM)-1 de fabricación rusa modificado que utilizaba un motor RP-1/LOX RD-151. Su segunda etapa utilizó un motor de cohete de combustible sólido construido en Corea del Sur. Con dos etapas, el cohete de 144 mT, 2,9 metros de diámetro y 33 metros de altura podría llevar una carga útil de 100 kg a la órbita terrestre baja (LEO).

Lanzamiento de Naro-1 (Crédito: KARI)

Naro-1 completó su primer vuelo el 25 de agosto de 2009, transportando la nave espacial STSat-2A. Poco después de que se apagara la primera etapa, el vuelo no pudo alcanzar la órbita porque el carenado de la carga útil no se separó. Debido a la masa adicional del carenado, la segunda etapa no logró alcanzar la velocidad orbital.

El segundo lanzamiento de Naro-1 tuvo lugar poco menos de un año después, el 10 de junio de 2010. Para esta misión, el cohete intentó poner en órbita el satélite STSat-2B. Sin embargo, 137 segundos después del despegue, el vehículo de lanzamiento se perdió. La causa de la falla aún se discute.

Dos años y medio después, el tercer y último Naro-1 alcanzó con éxito la órbita con el satélite STSat-2C. Como el primer cohete de Corea del Sur en alcanzar la órbita, se convirtió en el undécimo y más reciente país en alcanzar la órbita. Después de este vuelo, Naro-1 se retiró a favor de un vehículo de lanzamiento más grande desarrollado en el país.

Nuri es un cohete de tres etapas capaz de elevar 1.500 kg a una órbita heliosincrónica (SSO). La primera etapa está propulsada por cuatro motores Jet-A/LOX KRE-075. Cada motor produce 735 kN de empuje a 298 segundos de impulso específico en el vacío. En total, los cuatro motores producen 2.942 kN de empuje y queman durante 127 segundos. Este escenario tiene 3,5 metros de diámetro y 21,6 metros de altura.

La segunda etapa está impulsada por un motor Jet-A/LOX KRE-075 optimizado para vacío. Este motor optimizado por vacío produce 788 kN de empuje con un impulso específico de 315,4 segundos. Durante el vuelo, esta etapa se quema durante 148 segundos. En comparación con la primera etapa, la segunda etapa es más pequeña, con 2,6 metros de diámetro y 13,6 metros de altura.

La tercera etapa de Nuri es la etapa más pequeña y final del cohete. El escenario funciona con un solo motor de vacío Jet-A/LOX KRE-007. Este motor produce 68,7 kN de empuje con un impulso específico de 325 segundos. Durante un lanzamiento, esta etapa se quema durante aproximadamente 500 segundos y coloca su(s) carga(s) útil(es) en la órbita prevista.

Con el carenado de carga útil, el cohete mide 47,2 metros de altura, 3,5 metros de diámetro y tiene una masa de 200 mT.

Cada uno de los motores de Nuri usa un ciclo de generador de gas para alimentar su turbobomba. Cada motor completó las pruebas en tierra en preparación para el vuelo a bordo de Nuri. Para calificar el motor KRE-075, así como varios elementos del cohete Nuri, KARI lanzó el vehículo de lanzamiento de prueba KSLV-II (KSLV-II TLV) el 28 de noviembre de 2018.

El vehículo de lanzamiento suborbital a pequeña escala despegó con éxito, alcanzando un apogeo de 209 kilómetros, y su único motor KRE-075 se quemó durante 151 segundos. Después de este vuelo de prueba, KARI luego calificó el motor KRE-007 para el vuelo. Tras múltiples campañas de prueba, el primer cohete Nuri estaba listo para su lanzamiento inaugural.

Después de una cuenta regresiva relativamente tranquila, además de un retraso de una hora para verificaciones adicionales del cohete, Nuri tomó vuelo desde LC-2 el 21 de octubre a las 08:00 UTC en su primer intento orbital. Después del despegue, el vehículo superó con éxito la mayoría de los hitos de vuelo. La primera y la segunda etapa funcionaron a la perfección con la separación del carenado según lo planeado.

La tercera etapa se encendió y funcionó bien durante 475 segundos en su tiempo de combustión nominal de 521 segundos. Un apagado prematuro del motor a los 475 segundos de vuelo hizo que la etapa terminara justo por debajo de la velocidad orbital. Su simulador de masa de 1,5 mT todavía se separó con éxito de la tercera etapa, alcanzando su objetivo de altitud de 700 km.

Después de una revisión exhaustiva de los datos recopilados durante el vuelo, se descubrieron algunos eventos anormales. En T+ 36 segundos, se detectaron vibraciones fuera de lo nominal en la estructura de soporte del armazón del tanque de la tercera etapa y en el adaptador de carga útil. Luego, el helio comenzó a filtrarse desde el tanque de helio de la tercera etapa, lo que aumentó la presión en el tanque LOX.

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32 segundos después, la presión del tanque LOX de la tercera etapa comenzó a caer y la temperatura de la superficie de la mitad superior del tanque se desplomó. Finalmente, a los T+115,8 segundos de vuelo, la presión del tanque de helio comenzó a caer y la presión del tanque de LOX volvió a aumentar. Incluso con el aumento y la disminución de las presiones del tanque LOX de la tercera etapa, la etapa aún pudo operar durante algún tiempo.

En diciembre de 2021 se anunció la causa de la falla. Debido al aumento de la aceleración durante el vuelo, y por lo tanto también al aumento de la flotabilidad de cualquier componente en el tanque LOX, falló un ancla para el tanque de helio LOX de tercera etapa. Debido a la falla del ancla, el tanque de helio se desprendió y comenzó a moverse alrededor del tanque LOX. Con el tanque de helio moviéndose, dañó los tanques y provocó grietas que provocaron más fugas de helio y LOX.

Eventualmente, la fuga se volvió lo suficientemente severa como para dejar de proporcionar LOX al motor KRE-007. Como LOX no se alimentaba al motor, se produjo un apagado prematuro del motor, lo que puso fin al vuelo.

Una vez completadas las investigaciones, se realizaron cambios en el ancla para compensar el aumento de la flotabilidad observado durante el vuelo. El segundo vuelo de Nuri se retrasó desde el 19 de mayo de 2022 hasta mediados de junio de 2022, para implementar estos cambios en el vehículo.

Con las lecciones aprendidas del primer vuelo, el segundo vuelo llevó cinco cargas útiles activas y dos pasivas. La mayor de las cargas útiles a bordo de Nuri fue el simulador de masa de 1,2 mT. Este simulador de masas es similar al simulador de 1,5 mT visto en el primer vuelo de Nuri. Sin embargo, en la parte superior había un adaptador de carga útil para el PVSAT.

PVSAT es un satélite de prueba para verificar el hardware de satélite construido en el país, así como el rendimiento de Nuri en vuelo. El satélite es relativamente pequeño, de aproximadamente 0,93 x 0,9 x 0,89 metros de tamaño, con una masa de 162,5 kg. Las células solares se utilizarán para alimentar la nave espacial. Equipado en el satélite hay cinco componentes de fabricación nacional que se probarán en el entorno espacial.

Modelos de PVSAT (derecha) y simulador de masas (izquierda, con PVSAT montado en la parte superior). Observe las cinco bahías de CubeSat en PVSAT. (Crédito: KARI)

El primero es un generador termoeléctrico calentado eléctricamente (ETG) de un kilogramo para generar electricidad utilizando diferencias de temperatura. Esta tecnología podría usarse para programas de exploración y desarrollo lunar. Otro instrumento es un giroscopio de momento de control (CMG) de nueve kilogramos que actúa como un actuador para el control de actitud de alta velocidad. El CMG se utilizará para probar la tecnología de giroscopio para futuras misiones.

Se utilizará una antena de banda S hemisférica de 400 g como antena redundante. Esta antena se utilizará para probar el rendimiento de una antena de banda S para transmisiones de telemetría/comando. Se utilizará un sistema de cámara de video (VCS) en la nave espacial. El VCS se utilizará para registrar la expulsión de los CubeSats, que tendrá lugar desde la nave espacial. Los datos y el video capturados se transmiten a la Tierra utilizando la antena de banda S.

En el satélite hay cinco implementadores de CubeSat, cuatro de los cuales tienen CubeSat construidos en universidades. El Cubesat más grande es el 6U STEP Cube Lab-II que tiene una masa de 9,6 kg. Este CubeSat está equipado con una cámara óptica de infrarrojo medio/infrarrojo como la primera misión de observación de la Tierra multibanda electro-óptica de infrarrojo medio de Corea. El segundo más grande es el 3U SNUGLITE-II con una masa de 3,8 kg. Este CubeSat se utilizará como un satélite educativo para radioaficionados con un receptor GPS.

El siguiente es el 3U Multi-spectral Imaging for Monitoring Aerosol by Nanosatellite (MIMAN) con una masa de 3,7 kg. MIMAN utilizará imágenes multiespectrales para monitorear aerosoles. La disposición de repetidores y la vista temprana de desastres (RANDEV) es el cuarto y último CubeSat activo. Este CubeSat de 3U/3,2 kg se utilizará para recopilar imágenes de peligros potenciales de volcanes, costas y nubes.

El CubeSat final en PVSAT fue un satélite ficticio de 3U.

Nuri se encuentra en LC-2 antes de su lanzamiento inaugural. (Crédito: KARI)

PVSAT se montó en el simulador de masa de 1,3 mT a principios de junio. Poco después, las cargas útiles se encapsularon en el carenado de carga útil. Con las cargas útiles encapsuladas, la tercera etapa y las cargas útiles se transfirieron para integrarse con el resto del cohete. Para el 12 de junio, se completaron todos los preparativos para el lanzamiento.

Lanzamiento:

Los preparativos finales del lanzamiento comienzan el día anterior al traslado de Nuri al sitio de lanzamiento. Desde el edificio de montaje, el vehículo avanza a 1,5 km/h recorriendo una distancia de 1,8 kilómetros. Este viaje tomó aproximadamente una hora y 20 minutos. Después de llegar a LC-2, el cohete comenzó a elevarse verticalmente a las ~10:00 hora de Corea.

Durante el día, se crearon conexiones con la plataforma de lanzamiento y el cohete. También se completan las revisiones eléctricas, de TVC, de comunicaciones e hidráulicas. Los preparativos finales se completan alrededor de las 21:00, hora de Corea.

Los preparativos para el día del lanzamiento comienzan a las 9:00 a. m. (hora T-7), hora de Corea, con inspecciones de la plataforma de lanzamiento y los cohetes. A las T-5 horas y 30 minutos se completan las comprobaciones de los tanques de propulsor. Dos horas más tarde, el personal de tierra es evacuado de la plataforma para comenzar a cargar combustible. T-2 horas antes del lanzamiento, comienza la carga de propulsor.

La carga de propulsor finalizó a las T-1 horas y 20 minutos. A la hora T-1, el puesto de lanzamiento se movió a su posición de lanzamiento horizontal. 30 minutos antes del lanzamiento, se completan las comprobaciones finales del sistema y la encuesta de si/no-ir. Las operaciones de lanzamiento automático (PLO) comienzan 10 minutos antes del lanzamiento.

Nuri despega en su vuelo inaugural. (Crédito: KARI)

En T-0, los motores de la primera etapa se encienden y el vehículo se eleva. Poco después del despegue, el vehículo inicia una maniobra de cabeceo para alcanzar su azimut de lanzamiento de 170 grados. Poco menos de un minuto después del vuelo, el vehículo alcanza Mach 1.

Una vez que se agota el propulsor, la primera etapa se apaga aproximadamente a los dos minutos y siete segundos de vuelo. En rápida sucesión, la primera etapa se separa de la segunda etapa y el motor de la segunda etapa se enciende.

A los casi cuatro minutos de vuelo, el carenado de la carga útil se separa y expone las cargas útiles al espacio. 34 segundos después, la segunda etapa apaga su motor y se separa de la tercera etapa. Poco después, la tercera etapa se encendió y realizó una maniobra dogleg para alcanzar un nuevo acimut de 191 grados.

Aproximadamente 13 minutos después del lanzamiento, la tercera etapa se apaga. Nuri alcanzó con éxito una órbita circular de 700 km inclinada a 98,2 grados, con una velocidad orbital de 7,5 km/s. 100 segundos después del apagado del motor, el PVSAT se separa del cohete. Luego, el escenario se inclinó a 90 grados y, 70 segundos después de que PVSAT se separó, el simulador de masas se separó.

42 minutos después del lanzamiento, el PVSAT comienza a comunicarse con las estaciones terrestres. Después de verificar que el satélite está en buen estado, comenzará a desplegar los CubeSats cada dos días a partir del 23 de junio. El 23 de junio, el STEP Cube Lab-II será el primero en separarse para comenzar su misión de un año. Dos días después, RANDEV se separará y comenzará su misión de seis meses. El próximo 27 de junio, el satélite SNUGLITE-II comenzará su misión de un año. Finalmente, el 29 de junio el MIMAN se separará comenzando su misión de seis meses.

Después de este lanzamiento, KARI tiene unos meses ocupados. El 2 de agosto (EDT), un SpaceX Falcon 9 lanzará el orbitador lunar Danuri de KARI. Este Falcon 9 contará con un propulsor probado en vuelo y enviará al orbitador lunar en un viaje a la Luna.

Danuri en proceso final antes de su entrega. (Crédito: KARI)

KARI también comenzará a preparar a Nuri para su tercer lanzamiento. Se espera que este tercer lanzamiento tenga lugar en enero de 2023, probablemente con NextSat 2. Después de esta misión, Nuri tiene varios lanzamientos planeados para varios años hasta 2027.

Usando Nuri, KARI utilizará las lecciones aprendidas para desarrollar el tentativamente llamado KSLV-III. KSLV-III será el cohete de próxima generación de KARI, diseñado para enviar alrededor de 3,5 mT a la órbita de transferencia geoestacionaria. Este cohete de dos etapas utilizará cinco motores RP-1/LOX de 100 toneladas de empuje en la primera etapa y dos motores RP-1/LOX de 10 toneladas de empuje en la segunda etapa. Se han propuesto muchas ideas para el cohete, incluido el aterrizaje de la primera etapa similar al Falcon 9. Se espera que este cohete se lance en la década de 2030.

(Foto principal: Nuri despega en su segundo vuelo y el primero en alcanzar la órbita con éxito. Crédito: KARI)