La lanzadera ARIANE
5 presenta una arquitectura radicalmente diferente de la de anteriores
ARIANE, acorde a los satélites de comienzos del siglo XXI. Dicha
arquitectura reúne todos los requisitos para aumentar la fiabilidad
y la capacidad de puesta en órbita de carga útil (payload),
al mismo tiempo que reduce los costes de lanzamiento.
El diseño
de la lanzadera alcanza un ratio de fiabilidad del 98.5% (lo que equivale
a un fallo cada 70 lanzamientos).
Las dimensiones
de la lanzadera permiten transportar una masa total de 6800 Kg. hasta una
órbita geoestacionaria (GTO) en una configuración de lanzamiento
simple de carga útil, o 5900-6400 Kg. para una disposición
de doble satélite. Para misiones de órbita baja (LEO), la
lanzadera permite una capacidad de carga útil de 18000 Kg. para
inyectar una constelación de satélites en una órbita
circular de 600 Km., inclinada 60º; o cerca de 11000 Kg. para una
órbita circular de 900 Km., inclinada 5º.
Con objeto
de mejorar la flexibilidad operativa, la lanzadera se encuentra estructurada
en dos secciones: un "compuesto inferior" común para todas las misiones,
y un "compuesto superior" acorde a cada misión en particular, en
función de la carga útil que se vaya a poner en órbita.
Cada una de estas subestructuras se encuentra dividida, a su vez, en varias
etapas.
El compuesto superior
presenta un diámetro exterior de 5.4 m. y una altura máxima
de 20 m. Está formado por las siguientes etapas:
La COFIA se encuentra
situada en la parte superior de la lanzadera, y está formada por
dos ligeros semicaparazones con superficie de plástico reforzada
con fibra de carbono, y un núcleo de aluminio en forma de panal.
Permite alojar un volumen cilíndrico de 4.75 m. de diámetro
para la carga útil que se sitúa en su interior. Se dispone
de dos tamaños de COFIA, para conseguir las diferentes configuraciones
de lanzamiento de carga útil: la COFIA corta de 12.7 m. de altura
y la COFIA larga de 17 m. de altura.
La COFIA proporciona
forma aerodinámica a la lanzadera a la vez que protege la carga
útil de los posibles daños que pudiera sufrir en su trayecto
a través de la atmósfera. Es por eso que, una vez la lanzadera
ha dejado la atmósfera, la COFIA pierde su utilidad y es expulsada
por medio de un dispositivo pirotécnico, permitiendo la puesta en
libertad de la carga útil en su órbita.
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Diámetro:
Altura: Volumen interno: Masa: |
5.4 m.
12.7 ó 17 m. 200 m3. 1750 Kg. |
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La lanzadera ARIANE
5 está diseñada para transportar cargas útiles simples
o múltiples, continuando la tradición establecida con el
ARIANE 4. Para dichas misiones de puesta en órbita de múltiples
satélites, se dispone de una familia de estructuras porta-satélite.
La SPELTRA es
una estructura que soporta el lanzamiento múltiple de cargas útiles,
permitiendo situar dos satélites en órbitas independientes
entre si. Está situada por encima de la bodega de equipo del vehículo,
y contiene una de las cargas útiles, a la vez que actúa de
soporte para la COFIA y para la otra carga útil.
La estructura
SPELTRA presenta un tamaño elevado, lo que permite acomodar una
gran aeronave (típicamente de la categoría de 3-4.5 toneladas
métricas) en su interior. Básicamente, es un cilindro de
7 m. de altura con un diámetro de zona interior de 4.57 m. donde
se ubica la carga útil.
En la parte superior de la SPELTRA se haya un cono truncado donde se
puede instalar otro satélite.
También
se dispone de una versión corta de SPELTRA con una altura de 5.66
m.
La SYLDA 5 (múltiple
launch internal estructure) también se ofrece como una estructura
de carga útil múltiple para el ARIANE 5. Es más pequeña
que la SPELTRA, y está dimensionada para acomodar satélites
de menor masa. La SYLDA 5 tiene una altura de 3.24 m., sin incluir el cono
truncado superior que es utilizado para instalar un segundo satélite.
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Diámetro:
Altura: Volumen Interno: Masa: |
5.4 m.
7 m. 138 m3. 850 Kg. |
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La VEB constituye
el cerebro electrónico de ARIANE 5. En dicha estructura se alojan
todas las instrucciones necesarias para el vuelo de la lanzadera: procesado
de datos, orientación, secuenciamiento de etapas, telemetría,
trayectoria y otras funciones.
La lanzadera
ARIANE 5 no se guía desde tierra, sino que posee dos anillos girolaser
que junto a dos computadores de a bordo, proporcionan referencias inerciales
y de orientación. De esta forma es la VEB la que, constantemente
consciente de la posición de la lanzadera, emite los comandos para
el desvío de la boquilla, la desconexión del motor, la separación
de etapas y la expulsión de la cofia.
Una vez los
dos propulsores de combustible sólido de la lanzadera han completado
su misión y han sido expulsados, el sistema de control propio de
atitud de la VEB proporciona control de giro. Este sistema es el responsable
del ajuste de atitud de las cargas útiles y de situarlas en su lugar,
así como de la realización de la maniobra de distanciamiento
para separar la lanzadera de su carga útil una vez la aeronave ha
sido puesta en libertad.
Gracias a su
sistema de orientación, la lanzadera Europea consigue un grado de
precisión en la inyección de satélites en órbita,
que es raramente igualada por sus competidores. Esto conserva el almacén
de energía propio del satélite durante las maniobras finales
sobre su posición. El consecuente ahorro de energía puede
aumentar la vida útil del satélite durante casi un año.
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El compuesto superior
de ARIANE 5 está dotado de movimiento por medio de un motor AESTUS
simple y con capacidad de reignición, que funciona con combustible
MMH/N2O4. El motor AESTUS produce un empuje de 27.5 KN. durante un tiempo
de funcionamiento de 1,1 segs., y proporciona un impulso de vacío
de 324 segs.
El motor AESTUS
es el único motor de ARIANE 5 que no se activa durante el despegue.
La capacidad de ignición de la ETAPA DE ALMACENAJE DE COMBUSTIBLE
es un factor importante en la adaptabilidad de la lanzadera, ya que permite
la posibilidad de todo tipo de lanzamientos incluyendo las órbitas
bajas, las órbitas de transferencia lunar o las órbitas de
exploración del sistema solar.
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Diámetro:
Altura: Masa total:. Empuje: Capacidad: Tiempo de combustión: |
3.94 m.
3.56 m. 1150 Kg. 27.5 KN. 9.7 toneladas de combustible. 1100 segs. para misiones GTO. |
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Las dos subetapas
en las que se encuentra estructurado el compuesto inferior de ARIANE 5
tienen como objetivo proporcionar el empuje necesario para permitir el
despegue y la elevación de un vehículo tan pesado como es
una lanzadera.
En el diseño
de la lanzadera, una de las decisiones importantes fue reducir el número
de motores primarios tanto líquidos como sólidos que proporcionan
energía a ARIANE 5. De esta forma, mientras que ARIANE 4 utilizaba
entre 6-10 motores, ARIANE 5 posee únicamente cuatro.
Otra decisión
clave fue el uso de dos grandes propulsores de combustible sólido
como parte de la etapa principal de la lanzadera. Los dos propulsores sólidos
operan junto con el núcleo central criogénico proporcionando
el empuje necesario.
Así pues,
las dos etapas que forman parte del compuesto inferior son:
- Dos fases de PROPULSORES SÓLIDOS (EAPs).
- ETAPA PRINCIPAL CRIOGÉNICA.
Durante los dos
primeros minutos de vuelo de ARIANE 5, la propulsión es proporcionada
principalmente por dos grandes PROPULSORES SÓLIDOS (92% del empuje
de la lanzadera), asistidos por la etapa principal criogénica. Cada
uno de estos propulsores es esencialmente un motor-cohete sólido,
con un diámetro de 3.03 m. y una altura de 30 m.
La masa total
de una fase EAP es de 277 toneladas al despegue, decrementándose
a 40 toneladas al final de los 130 segundos de combustión de las
237 toneladas de combustible HTPB, momento en el que se produce la separación
de los propulsores de la etapa principal. Los propulsores pueden incorporar
un sistema de recuperación para inspección post-lanzamiento.
Cada una de
las dos fases EAP está compuesta por los siguientes elementos:
Durante el despegue,
el motor proporciona un empuje de 640 toneladas, apagado después
de 15 segundos para reducir la carga aerodinámica sobre la lanzadera,
y entonces conectado de nuevo para proporcionar un tiempo de combustión
total de 130 segundos para las 237 toneladas de combustible sólido.
El motor-cohete tiene una carcasa de acero formada por siete secciones
cilíndricas, con tres segmentos interconectados llenos de combustible,
y una boquilla fija con un soporte flexible para variar la dirección
de empuje por encima de 6º sobre dos ejes;
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Diámetro:
Altura: Masa total: Empuje: Capacidad: Tiempo de combustión: |
3.03 m.
30 m. 277 toneladas. 640 toneladas. 237 toneladas de combustible sólido cada uno. 130 segs. |
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La ETAPA PRINCIPAL
CRIOGÉNICA tiene un diámetro de 5.4 m. y una altura de 30.5
m., y está alimentada por un motor VULCAIN. Se pone en marcha en
el despegue y proporciona el único empuje después de la separación
de los propulsores. Los principales elementos que la componen son:
El motor VULCAIN
proporciona un empuje de 880 KN. (88 toneladas) a nivel del mar y entre
1140 y 1200 KN. (114-120 toneladas) en vacío, y realiza la combustión
de 25 toneladas de hidrógeno líquido y 130 toneladas de oxígeno
líquido, almacenados en los tanques a baja temperatura, en 570 segundos.
Proporciona un impulso de vacío de 430 segundos.
En el proceso
de lanzamiento, el motor principal VULCAIN del núcleo central criogénico
se pone en marcha en primer lugar y realiza la combustión durante
aproximadamente 8 segundos mientras el computador de a bordo de la lanzadera
verifica su funcionamiento. Los propulsores de combustible sólido
son entonces puestos en marcha, y la ARIANE 5 despega de su plataforma
de lanzamiento.
El compuesto
superior se separa después de apagar el motor de la etapa principal
criogénica. Entonces esta etapa continua en vuelo balístico,
durante el cual gira sobre su eje transversal, antes de acabar de orbitar
y caer de nuevo al océano en un lugar seguro.
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Diámetro:
Altura: Masa total: Empuje: Capacidad: Tiempo de combustión: |
5.4 m.
30 m. 170 toneladas. 100 toneladas. 25 toneladas de hidrógeno. 130 toneladas de oxígeno líquido (almacenado a baja temperatura). 570 segs. |
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