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| QF-106A, registro 59-0130 despegando arrastrado por un C-141A durante uno de los vuelos del Proyecto Eclipse. Fuente: NASA Dryden Flight Research Center Photo Collection. |
El refrán "del dicho al hecho hay mucho trecho" significa que hay una gran diferencia entre lo que se dice y lo que se hace. En otras palabras, no basta con prometer o declarar algo, sino que se debe actuar y cumplir con lo que se ha dicho. Nada resulta más cierto en la aviación, ya que no sirve de nada un diseño innovador que, simplemente, no pude volar.
Justamente, la entrada del día de hoy trata de esto. Cuando una innovadora empresa de California se acercó a la NASA con una idea nueva para un método de lanzamiento espacial, la agencia puso en práctica el refrán, y lo hizo de una manera espectacular. Esta es la historia del Eclipse Project (Proyecto Eclipse en castellano).
Llegar al espacio es costoso, muy costoso. El lanzamiento de uno de los SLS (Space Launch System) de la NASA tiene un costo total aproximado de U$S 2 billones. Una empresa privada, como SpaceX, ofrece una alternativa más económica de alrededor de U$S 70 millones por lanzamiento de un Falcon 9.
Mucho de este valor se reduce en una sola palabra: combustible. Aproximadamente, el 90% de la masa de un cohete está compuesta por su propelente, mientras que el 10% restante debe ser repartido entre la célula, los motores, aviónica, y por supuesto; payload, es decir lo que necesita ser puesto en órbita.
Cada libra adicional de carga, requiere de 10 lb (4.5 kg) adicionales de combustible, por lo que rápidamente la ecuación de costos puede espiralar fuera de control llegando al punto que poner en orbita un satélite pequeño puede llegar a resulta antieconómico tanto para una empresa, como para una nación con un modesto programa espacial.
Nuevamente, como todo lo que tiene que ver en aviación, el problema puede resolverse en tres dimensiones: costo, volumen y masa. Es por ese motivo que gran parte de los desarrollos en cohetería buscan abaratar los costos operativos de los vectores, especialmente buscando que la primera etapa, la responsable de la aceleración inicial y donde se quema la mayor cantidad de combustible, sea lo más económica posible.
La solución más fácil es hacer que esta sea reutilizable, como en el "Reusable Atlas Booster" de General Dynamics, o el Falcon 9 mencionado anteriormente. Sin embargo, un ingeniero aeronáutico llamado Mike Kelly tuvo, en un arranque de inspiración, una idea diferente.
A finales del invierno de 1993, Kelly se encontraba pensando en como podría reducir los costos de lanzamiento para los satélites de las empresas de telecomunicaciones. Para ese momento, el costo por cada libra colocada en orbita se acerca a los U$S 10,000 (más de U$S 22,000 actualmente).
No era la primera vez que Kelly se encontraba con este problema en su vida profesionalmente, estando convencido que la mejor solución era combinar un vehículo reutilizable, junto con una aeronave nodriza como el Pegasus de Northrop Grumman.
Sin embargo, Kelly entendía que esta era una solución parcial ya que no escapaba a la relación que existe entre carga y combustible. A mayor carga de combustible, mayor el costo operativo. Entonces una idea se formó en su mente, ¿Qué tal si se utiliza un planeador?
La idea fue tomando forma, hasta que fue materializada en la patente número 5,626,310 del 6 de mayo de 1997, titulada: "Space Launch Vehicles Configured as Gliders and Towed to Launch Altitude by Conventional Aircraft". En ella, Kelly describe un sistema de lanzamiento bastante ingenioso.
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| Perfil de vuelo típico del Astoliner, tal como fue concebido por KST. Fuente: Kelly Space & Technology, Inc. |
Constituido alrededor del Astroliner, una aeronave espacial autónoma con alas delta y una combinación de motores a reacción y cohete de combustible líquido, con una una etapa superior propulsada que contenía la carga útil a ser lanzada. Un Boeing 747 lo remolca desde una pista convencional con el Astroliner volando bajo su propia propulsión, lo que aumentaba el margen de seguridad operativa y la carga útil.
Al alcanzar los 20,000 ft (6,096 m), los motores a reacción del Astroliner se apagan, y luego de una rápida verificación, el avión nodriza se separa dejando que el Astroliner comience su ascenso de manera autónoma impulsado con sus motores de combustible líquido hasta alcanzar su altitud máxima de 600,000 ft (182,880 m)
Tras pasar los 300,000 ft (91,440 m), los motores principales del Astroliner se apagan continuando el ascenso de manera balística. A unos 400,000 ft (121,920 m), ya fuera de la atmósfera, la compuerta de carga frontal del Astroliner se abre exponiendo la bodega interna. De esta manera, la segunda etapa, con la preciosa carga útil, quedan liberadas para continuar con su ascenso.
Una vez a una distancia segura del Astroliner, se encienden los motores cohete de la etapa superior para impulsar la carga útil en el último tramo de su viaje hasta su orbital. Mientras tanto, el Astroliner cierra su compuerta y reemprende el viaje de regreso, realizando el reingreso a la atmósfera y volando con la propulsión de sus turborreactores de vuelta a la base.
Kelly fundó la empresa Kelly Space & Technology (KST) para la comercialización de este nuevo sistema, pero para pasar de la patente a algo tangible iba necesitar el capital inicial. Unos U$S 75 millones (casi el doble actualmente). Para su fortuna, el Centro de Investigación de Vuelo Dryden (Dryden Flight Research Center en inglés) ubicado en la base Edwards de la USAF estaba interesado en el proyecto.
De la teoría a la práctica
Siendo una dependencia de la NASA, Dryden sería la base desde donde el concepto de KST tomaría forma. Si bien la agencia estaba muy interesada, al punto tal de otorgarle los fondos para un estudio de factibilidad y la posterior prueba de concepto, había muchas dudas sobre la seguridad del sistema.
En 1997 se estableció en Dryden la oficina del Project Eclipse como sería denominado este programa supervisado directamente por la NASA con la asistencia de KST. El objetivo era investigar la viabilidad de remolcar un avión de ala delta con alta carga alar, validar el modelo de simulación utilizado para el remolque y demostrar varios procedimientos operativos.
Además, Dryden contribuyó con su experiencia técnica al proyecto, sugiriendo que el diseño final del Astroliner fuese tripulado, basados en su experiencia con los programas X-33 y X-34. El Centro Ames participó simulando el comportamiento de la aeronave durante el vuelo, proveyendo información valiosa que sería de utilidad más adelante.
Para garantizar la seguridad de cara a un vuelo de prueba, el personal de Dryden implementó numerosas pruebas en tierra y simulaciones de vuelo. Bill Dana, ingeniero jefe de Dryden, también revisó de manera puntillosa los aspectos de seguridad de Eclipse como presidente de la Junta de Revisión de Aeronavegabilidad y Seguridad de Vuelo (Airworthiness and Flight Safety Review Board en inglés), mientras que Al Bowers de la NASA asumió el cargo de ingeniero jefe del proyecto Eclipse, y Gary Trippensee inicialmente se desempeñó como gerente de proyecto de la NASA, seguido por Carol Reukauf.
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| Corte esquemático del Astroliner. Notar que en su diseño original, este no era tripulado. Los ingenieros de Dryden recomendaron modificarlo para incluir una tripulación de vuelo de dos personas. Fuente: Kelly Space & Technology, Inc. |
Uno de los principales problemas que debieron abordar los ingenieros fue el material de la cuerda a utilizar para el remolque. El equipo consideró acero de alta resistencia y tres fibras sintéticas: Kevlar, Spectra y Vectran. Este último sería elegido por su alta relación resistencia-peso y tolerancia térmica, siendo significativamente más ligero que un cable de acero de resistencia equivalente. Adicionalmente, esta fibra tenía propiedades únicas, fortaleciéndose con el estiramiento inicial y una buena resistencia a la abrasión aunque, era vulnerable a la luz solar.
Cortland Cable suministró tramos de 1,000 ft (305 m) de largo y 3/4" (19.05 mm) de diámetro. Aunque se consideró reutilizar la cuerda después de cada vuelo, se consideró que sería más práctico desecharlas tras cada vuelo ahorrando tiempo y dinero.
Había llegado el momento de elegir las aeronaves que serían utilizadas para esta prueba. El ingeniero Don Anctil de KST, supo enseguida cual sería la aeronave ideal para imitar al Astroliner; el veterano Convair F-106 Delta Dart. Anctil conocía muy bien la aeronave ya que había trabajado en ella como ingeniero estructural y sabía que su ala delta de alta carga aerodinámica era una aproximación bastante cercana a las características de vuelo del Astroliner, además de contar con una célula robusta y potencia de sobra.
Además, los "Six" como eran comúnmente conocidos por sus pilotos, habían llegado al final de su vida operativa y se encontraban almacenados en la base aérea de Tyndall para ser convertidos a blancos radiocontrolados QF-106. Esta disponibilidad lo convirtió en un candidato potencial para el programa, y KST exploró la posibilidad de negociar un acuerdo con la USAF para utilizar estas aeronaves. Finalmente, el equipo de Eclipse visitó la Base Aérea Tyndall para inspeccionar los F-106 restantes y determinar cuáles podrían ser adecuados para el proyecto, seleccionando dos células (registros 59-0130 y 59-0010) de QF-106 para ser llevadas a Edwards.
Junto con los QF-106, la NASA consiguió que la USAF transfiriera un Lockheed C-141A Starlifter procedente del Air Force Flight Test Center (AFFTC por sus siglas en inglés) con asiento en Edwards. KST buscaba una aeronave de transporte que representara una versión a escala del avión destinado a remolcar al Astroliner y si bien las fuentes no afirman explícitamente que el Starlifter coincidiera perfectamente con lo que tenían en mente, su disponibilidad y potencia lo hizo el candidato ideal.
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| Foto detallada del sistema de enganche instalado en la nariz del EXD-01 (registro USAF 59-0130). Este mecanismo podía ser operado eléctricamente, o mecánicamente en caso de emergencia. Fuente: NASA Dryden Flight Research Center Photo Collection. |
Esta aeronave en particular, registro USAF 61-2775, fue el primer ejemplar de preproducción y tenía un largo historial de uso en pruebas, incluido el establecimiento de un récord mundial de lanzamiento de carga pesada en paracaídas. Junto con el C-141, la USAF proveyó los pilotos, técnicos y equipo terrestre del 418th Flight Test Squadron para la operación de la aeronave.
La Fuerza Aérea finalmente transfirió los aviones F-106 a la NASA, la cual se encargó de mantenerlo y modificarlo para los fines del programa en un hangar de Dryden. Mientras las aeronaves estaban siendo preparadas, se procedió a modificar el simulador de F/A-18 existente en Dryden para representar el F-106 y configurando tres simulaciones interconectadas en tiempo real para el C-141, la cuerda de remolque y el F-106. Los ingenieros del Dryden de la NASA también desarrollaron un innovador sistema GPS para rastrear las distancias en tiempo real entre el avión remolcador y el F-106 remolcado.
Arrastrado al espacio
Con toda la información disponible y las simulaciones realizadas, llegó el momento de los vuelos de prueba. Para ello se aplicaron varias modificaciones al 59-0130 (59-0010 permaneció como reserva), siendo redesignado EXD-01 durante la duración del proyecto. Los cambios en el caza fueron los siguientes:
- Enganche del remolque: Apodado por su forma como "The Bathtub" ("La Bañera") por los miembros del equipo, servía como punto de unión para el cable de remolque y se encontraba remachado en la nariz del avión, por delante del parabrisas.
- Mecanismo de liberación del cable: Utilizando los componentes del sistema de liberación del paracaídas de frenado del B-52, este dispositivo permitía soltar el cable de manera rápida siendo activado eléctricamente, con un sistema manual de respaldo.
- Eslabón frangible: Este mecanismo de seguridad estaba diseñado para romperse antes que el cable de remolque o la correa de nailon en caso de emergencia. El eslabón fue rediseñado en Dryden para poder medir la carga dinámica que soportaba.
- Articulación instrumentada: Para obtener datos técnicos e información en tiempo real sobre el cable de remolque, se unió a la estructura de liberación una "articulación", es decir una junta universal más grande que un puño la cual contaba con sensores que permitían medir tanto el azimut como los ángulos de elevación del cable.
- Indicador de tensión: Se instaló en la cabina un indicador de tensión del cable de remolque. Compuesto por una fila horizontal de luces que cambiarían de color, volviéndose rojas a medida que la carga del cable se acercaba a los límites prescritos.
Se convirtió una plataforma de calificación de paracaídas de la USAF para ser el anclaje del cable de remolque. Esta plataforma se unió a la parte trasera del C-141A e incluía una guillotina diseñada para cortar correas de nailon, que se adaptó para el sistema de cable de remolque.
La NASA realizó varios vuelos de prueba previos, con los aviones volando separados buscando la mejor posición para que la turbulencia del Starlifter no lo afectara durante el vuelo. Finalmente, el primer vuelo remolcado tuvo lugar el 20 de diciembre de 1997 con el piloto de pruebas de la NASA Mark Stucky a los mandos del QF-106.
Durante cada vuelo, se llevaron a cabo pruebas para estudiar las cualidades de manejo del QF-106, giros, ángulos de ascenso, y vórtices de estela y turbulencia. El comportamiento de la cuerda de remolque en vuelo fue a menudo impredecible, con casos de latigazos violentos después de la liberación, que el equipo llamó "bungee". Se probó una funda de lona para amortiguar las oscilaciones, pero se rompió y fue descartada. La dinámica de la cuerda de remolque demostró ser una verdadera experiencia de aprendizaje para el equipo.
Fuente: NASA Armstrong Flight Research Center via YouTube.
Durante la mayoría de las secuencias de remolque, el EXD-01 voló aproximadamente 300 ft (92 m) por debajo del C-141A, aunque llegó a estar hasta 400 ft (122 m) más abajo en algunas pruebas para estudiar las condiciones de "bungee" y control lateral. Durante una prueba, el EXD-01 se colocó 70 ft (21 m) por encima del C-141A para verificar una posición de remolque alta, lo que resultó en oscilaciones dinámicas.
Una vez completada la parte remolcada de cada vuelo, la altitud de liberación habitual del caza para su vuelo propulsado de regreso a Edwards era de aproximadamente 10,000 ft. El mecanismo de liberación del cable de remolque funcionó satisfactoriamente en cada vuelo.
El último vuelo tuvo lugar el 6 de febrero de 1998 dando por terminado el proyecto Eclipse. Ese mismo año el programa recibió el premio al Proyecto de Equipo del Año 1998 de parte de la NASA, y incluso el director de Dryden recibió una felicitación de parte del Director de la NASA, Dan Goldin.
Cuando se suelta la cuerda
Project Eclipse, cumplió su propósito al demostrar la viabilidad del concepto de un vehículo de lanzamiento reutilizable remolcado, junto con la validación de modelos de simulación de los sistemas de aeronaves remolcadas y el desarrollo de procedimientos de vuelo para el remolque y lanzamiento seguro de una configuración de avión de ala delta detrás de un avión de transporte.
Pero una vez que las luces se apagaron y los aplausos callaron nada más pasó con el Astroliner siendo discretamente archivado. El EXD-01 fue trasladado a la base aérea de Davis-Monthan, para ser almacenado de manera indefinida y actualmente se lo puede ver en el "salón de la fama" del AMARG, volviéndose una atracción turística.
El C-141A fue retirado habiendo alcanzado su fecha límite debido a la inminente inspección mayor (Programmed Depot Maintenance o PDM) con un costo de casi tres millones de dólares, que el presupuesto del Proyecto Eclipse no podía cubrir, por la que decidió retirar la aeronave definitivamente. El piloto Stu Farmer voló el C-141A al Air Mobility Command Museum en Dover, Delaware donde actualmente se encuentra exhibido, irónicamente, frente a un F-106.
| Definir la configuración ideal de la cuerda de remolque y su comportamiento resultó ser uno de los mayores desafíos del proyecto. Este esquema muestra la configuración inicial (arriba) y la que fue finalmente utilizada. Notar la inclusión de un eslabón frangible en el extremo que va hacía el EXD-01. Fuente: The Eclipse Project. Monographs in Aerospace History No.23 |
La propia KST se reorientó hacia otras áreas de negocio, dedicándose a ofrecer servicios de medición y pruebas balísticas, ambientales y dinámicas; entre otras aunque su página web aún promociona su método para el lanzamiento de cargas espaciales como uno de sus servicios.
Aunque el impacto final del Eclipse seguía siendo incierto en el momento de su documentación, dejó a sus participantes con un sentido de logro e innumerables lecciones aprendidas. Además, proporcionó un completo decálogo de datos técnicos que puede ser de gran utilidad para el próximo emprendedor que intente remolcar una nave espacial al espacio y que, quizás, esté leyendo este blog en este momento.
Fuentes:
- Kelly, S. M. (Mayo 6, 1997). Space Launch Vehicles Configured as Gliders and Towed to Launch Altitude by Conventional Aircraft. (US Patent No. 5,626,310). U.S. Patent and Trademark Office.
Disponible en:
https://patentimages.storage.googleapis.com/d1/b3/7c/601daedd5931e1/US5626310.pdf - Tucker, T. The Eclipse Project. Monographs in Aerospace History No.23. Washington D.C; EEUU: NASA History Division Office of Policy and Plans, 2000.
Disponible en:
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2021/04/88791main_eclipse.pdf?emrc=e8ad71 - Postmaster. (Marzo 3, 2025). Eclipse Tow Launch Project. F-106 Delta Dart Association.
Disponible en: https://www.f-106deltadart.com/eclipse.htm - Postmaster. (2025). Reusable Launch Vehicle Technology. Kelly Space & Technology, Inc.
Disponible en: https://kellyspace.com/launchvehicle/
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