Módulo reutilizable simplificado para lanzadera.

Módulo recuperable para módulo de propulsión destinado a lanzar un artefacto al espacio,

que incluye al menos una fase, siendo dicho módulo recuperable de eje longitudinal (X1) solidario de una parte no recuperada (16) durante el lanzamiento, incluyendo dicho módulo recuperable (14) un cuerpo central, un sistema 5 propulsor (8) destinado al lanzamiento del artefacto, sistemas de mando y de control del sistema propulsor, medios de motor de propulsión (20) en vuelo subsónico, superficies portadoras para el vuelo subsónico y un tren de aterrizaje (30), incluyendo la superficie portadora dos alas (19a1, 19b1) sensiblemente planas, fijas respecto del cuerpo central, dispuestas a cada lado del cuerpo central del módulo y un estabilizador (19a2, 19b2) montado de manera articulada en rotación en un extremo corriente abajo de cada ala (19a1, 19b1), incluyendo cada estabilizador al menos un par de paneles de intradós y de extradós (22) montados de manera articulada en dicho estabilizador (19a2, 19b2) de manera a poder separarse el uno del otro para colocarse a cada lado de un plano medio del estabilizador (19a2, 19b2) y frenar el módulo, o apoyarse uno contra otro de manera a formar un único panel y medios de estabilización longitudinal, con dicho módulo recuperable (14) destinado a estar dispuesto en posición inferior de dicha fase, incluyendo la parte no recuperada al menos un depósito para alimentar el sistema propulsor, con dicho módulo recuperable (14) y dicha parte no recuperada (16) destinados a separarse cuando el módulo de propulsión alcanza una altitud dada, siendo el módulo recuperable (14) capaz de aterrizar de manera controlada después de un vuelo de crucero, por ejemplo para un retorno hacia el sitio de lanzamiento.

Módulo reutilizable simplificado para lanzadera Ámbito técnico y técnica anterior

La presente invención se refiere a un módulo reutilizable destinado a formar una parte de un módulo de propulsión destinado a enviar un artefacto al espacio, siendo el artefacto por ejemplo una lanzadera destinada a enviar una carga útil al espacio, como satélites de telecomunicaciones.

El cohete Ariane V es un ejemplo bien conocido de lanzadera que incluye un cuerpo central formado por una primera fase denominada fase principal enotécnica (EPC) y por una segunda fase, denominada fase propulsora almacenable (EPS). La primera fase transporta oxígeno e hidrógeno líquidos refrigerados a muy bajas temperaturas, alimentando estos fluidos un motor enotécnico. La última fase soporta la carga útil por lanzar, por ejemplo un satélite. El cohete incluye asimismo, a cada lado del cuerpo central, dos fases aceleradoras de pólvora (EAP) utilizadas para el despegue. El motor enotécnico se pone en marcha antes del despegue y funciona hasta la separación de la primera y la segunda fase.

Existen asimismo lanzaderas que utilizan una propulsión con metano o una propulsión con pólvora.

Estas lanzaderas, en particular las primeras fases de estas lanzaderas, son completamente consumibles, es decir, no se pretende su reutilización.

El desarrollo y la fabricación de una lanzadera representan un coste muy importante. Por otra parte, dicho desarrollo es muy largo.

Se ha considerado el diseño de una lanzadera cuya primera fase es reutilizable, es decir, que puede volver a tierra sin daños después de su separación de la segunda fase. Esta lanzadera se describe en el documento US 6 454 216 que se considera como el estado de la técnica más próximo. La parte del cuerpo de la lanzadera que forma la primera fase está compuesta por una parte inferior de propulsión, de una parte intermedia formada por depósitos de carburante y de comburante y de una parte superior destinada al retorno del conjunto de la primera fase a tierra. Para ello, la primera fase está provista de un conjunto de medios adaptados para permitir el retorno a la Tierra y su aterrizaje. La primera fase incluye superficies portadoras replegadas a lo largo de la primera fase durante el lanzamiento de la lanzadera y destinadas a desplegarse para el retorno de la primera fase a tierra, un tren de aterrizaje, un sistema de control, y motores aerobios para garantizar el vuelo de retorno y para la ejecución de las maniobras de aterrizaje.

Esta lanzadera presenta la ventaja de permitir recuperar completamente toda la primera fase.

Sin embargo dicha construcción tiene varios inconvenientes. Por una parte, durante la separación de la segunda fase, los depósitos de la parte intermedia están vacíos, por lo que representan un volumen muy grande con una masa muy baja. Por consiguiente, la densidad media de la primera fase es baja, lo que hace que la primera fase sea muy difícilmente recuperable. Por otra parte, necesita el empleo de grandes planos de sustentación insertados en la envoltura de la lanzadera, especialmente a nivel de los depósitos que es generalmente poco rígido. Por lo tanto, hay que prever una mayor rigidez de la zona de enganche. La adición de estos planos de sustentación y de los refuerzos representa una masa adicional que hay que propulsar, lo que implica un aumento del tamaño de los depósitos y, por lo tanto, un aumento sensible del coste de la lanzadera. Por consiguiente, el beneficio obtenido de recuperar totalmente la primera fase se pierde parcialmente en las modificaciones implicadas para permitir esta recuperación. Por otra parte, este tipo de lanzadera dista mucho de las lanzaderas conocidas.

La solicitud de patente internacional WO 21/72681 A1 describe un módulo recuperable utilizando el estabilizador de la lanzadera como superficie portadora, incluyendo este estabilizador tres aletas, dos de las cuales forman alas de forma modificable y una forma una deriva. Asimismo, utiliza un paracaídas para reducir su velocidad durante su entrada en la atmósfera. Este módulo es totalmente satisfactorio, se pretende sin embargo aumentar aún más su robustez y su fiabilidad.

El objeto de la presente invención es, por lo tanto, ofrecer una lanzadera cuyos costes de explotación son reducidos respecto de los costes de las lanzaderas actuales.

Exposición de la invención

El objetivo anteriormente mencionado se alcanza mediante una lanzadera que incluye al menos una fase, con dicha fase dividida en dos partes, una primera parte que contiene los motores cohetes, la aviónica, el compartimiento de propulsión y el sistema de presuñzación de los depósitos y los medios de vuelo aerobios autónomos (superficie portadora, motor aerobio y su carburante), y una segunda parte formada por los depósitos, siendo las dos partes separables después del lanzamiento, incluyendo la primera parte medios para permitir su retorno a la Tierra sin

daños para ser reutilizados en una nueva lanzadera. La primera parte forma la parte inferior de dicha fase.

Dicho de otro modo, se prevé reutilizar los elementos que tienen un coste elevado, para ello se realiza un módulo separable equipado con una superficie portadora y un motor de avión que permite su aterrizaje en una pista convencional. La no recuperación de los depósitos permite que la parte recuperada sea mucho más fácil de recuperar, debido a su mayor densidad. La superficie portadora incluye alas fijas y estabilizadores, lo que simplifica mucho su realización y su control.

La posición inferior de la parte recuperada asociada a la presencia de estabilizadores ofrece, por otra parte, una gran estabilidad a la propia lanzadera durante la fase ascendente.

Mas concretamente, el módulo incluye una superficie portadora formada por dos alas planas provistas, cada una en su extremo corriente abajo, de un estabilizador articulado en rotación. Se separa entonces la función de estabilización y de sustentación, lo que simplifica la optimización de cada una de estas funciones.

De manera ventajosa, se prevé la utilización del estabilizador de la lanzadera como plano de sustentación para el retorno a la Tierra.

Por lo tanto, la presente invención tiene principalmente por objeto un módulo recuperable como módulo de propulsión destinado a lanzar un artefacto al espacio, que incluye al menos una fase, siendo dicho módulo recuperable de eje longitudinal solidario de una parte no recuperada durante el lanzamiento, incluyendo dicho módulo recuperable un cuerpo central, un sistema propulsor destinado al lanzamiento del artefacto, sistemas de mando y de control del sistema propulsor, medios de propulsión en vuelo subsónico, superficies portadoras para el vuelo subsónico y un tren de aterrizaje, incluyendo la superficie portadora dos alas sensiblemente planas fijas respecto del cuerpo central, dispuestas a cada lado del cuerpo central del módulo y un estabilizador montado de manera articulada en rotación en un extremo corriente abajo de cada ala, incluyendo cada estabilizador al menos un par de paneles de intradós y de extradós montados de manera articulada en dicho estabilizador de manera a poder separarse uno de otro para colocarse a cada lado de un plano medio del estabilizador o apoyarse uno contra otro para formar un único panel, y medios de estabilización longitudinal, con dicho módulo recuperable destinado a estar dispuesto en posición inferior de dicha fase, incluyendo la parte no recuperada al menos un depósito para alimentar el sistema propulsor, con dicho módulo recuperable y dicha parte no recuperada destinados a separarse cuando el módulo de propulsión alcanza una altitud dada, siendo el módulo recuperable capaz de aterrizar de manera controlada después de un vuelo de crucero, por ejemplo para su regreso hacia el sitio de lanzamiento.

De manera particularmente ventajosa, los paneles de intradós y de extradós forman los medios de estabilización longitudinal cuando solo forman un panel.

De manera ventajosa, las superficies portadoras están formadas por el estabilizador de dicho artefacto.

De manera preferida, los estabilizadores están articulados en rotación alrededor de un eje sensiblemente paralelo al eje longitudinal del módulo. Por ejemplo, la articulación en rotación se realiza mediante una unión cilindrica o una unión de rótula.

Los medios de propulsión subsónica del módulo pueden ser de cualquier tipo, por ejemplo puede tratarse de una propulsión aerobia o eléctrica, un turbopropulsor, pulsorreactor, una hélice con un motor térmico o un motor eléctrico. La hélice puede estar en el cuerpo central o en el extremo de un ala.

En un ejemplo particular, el módulo recuperable según la presente... [Seguir leyendo]

1. Módulo recuperable para módulo de propulsión destinado a lanzar un artefacto al espacio, que incluye al menos una fase, siendo dicho módulo recuperable de eje longitudinal (X1) solidario de una parte no recuperada (16) durante el lanzamiento, incluyendo dicho módulo recuperable (14) un cuerpo central, un sistema propulsor (8) destinado al lanzamiento del artefacto, sistemas de mando y de control del sistema propulsor, medios de motor de propulsión (2) en vuelo subsónico, superficies portadoras para el vuelo subsónico y un tren de aterrizaje (3), incluyendo la superficie portadora dos alas (19a1, 19b1) sensiblemente planas, fijas respecto del cuerpo central, dispuestas a cada lado del cuerpo central del módulo y un estabilizador (19a2, 19b2) montado de manera articulada en rotación en un extremo corriente abajo de cada ala (19a1, 19b1), incluyendo cada estabilizador al menos un par de paneles de intradós y de extradós (22) montados de manera articulada en dicho estabilizador (19a2, 19b2) de manera a poder separarse el uno del otro para colocarse a cada lado de un plano medio del estabilizador (19a2, 19b2) y frenar el módulo, o apoyarse uno contra otro de manera a formar un único panel y medios de estabilización longitudinal, con dicho módulo recuperable (14) destinado a estar dispuesto en posición inferior de dicha fase, incluyendo la parte no recuperada al menos un depósito para alimentar el sistema propulsor, con dicho módulo recuperable (14) y dicha parte no recuperada (16) destinados a separarse cuando el módulo de propulsión alcanza una altitud dada, siendo el módulo recuperable (14) capaz de aterrizar de manera controlada después de un vuelo de crucero, por ejemplo para un retorno hacia el sitio de lanzamiento.

2. Módulo recuperable según la reivindicación 1, en el que los medios de estabilización longitudinal están formados por los paneles de intradós y de extradós mientras solo forman un único panel.

3. Módulo recuperable según la reivindicación 1 o 2, en el que las superficies portadoras están formadas por el estabilizador (1) de dicho artefacto.

4. Módulo recuperable según la reivindicación 1, 2 o 3, en el que los estabilizadores (19a2, 19b2) están articulados en rotación alrededor de un eje sensiblemente paralelo al eje longitudinal (X1) del módulo.

5. Módulo recuperable según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la articulación en rotación está realizada mediante una unión cilindrica o una unión de rótula.

6. Módulo recuperable según una de las reivindicaciones 1 á 5, en el que los medios de propulsión incluyen motores de propulsión (2) atmosférica, montados en los encastres de las alas (19a1, 19b1).

7. Módulo recuperable según una de las reivindicaciones 1 á 6, en el que, cuando los medios de propulsión están formados por uno o más turborreactores, el módulo incluye una fuente de energía adicional para un encendido rápido del o de los turborreactores, por ejemplo formada por una pila térmica de alimentación del arrancador del o de los turborreactores.

8. Módulo recuperable según una de las reivindicaciones 1 á 7, en el que el módulo recuperable posee un morro romo (21).

9. Módulo de propulsión destinado a lanzar un artefacto al espacio, que incluye al menos una fase (4) que incluye al menos un módulo recuperable (14) según una de las reivindicaciones 1 a 8 y una parte destinada a no ser recuperada que incluye al menos un depósito (12, 13) para alimentar el sistema propulsor (8).

1. Módulo de propulsión destinado a lanzar un artefacto al espacio según la reivindicación 9, que incluye fases de aceleración laterales, incluyendo al menos una un módulo recuperable según una de las reivindicaciones 1 a 8.

11. Artefacto del tipo lanzadera equipado con un módulo de propulsión según la reivindicación 9 o 1, que incluye al menos dos fases (14, 16), una fase formada por el módulo de propulsión y una fase que soporta una carga útil, siendo dichas dos fases separables.

12. Lanzadera según la reivindicación 11, pudiendo ser dicha lanzadera del tipo nanolanzadera hasta lanzadera superpesada.

13. Lanzadera según la reivindicación 12, en el que el módulo de propulsión forma la fase inferior de la lanzadera o

una de las fases superiores.

14. Método de recuperación del módulo recuperable según una de las reivindicaciones 1 a 8 que incluye las etapas:

a) de separación del módulo recuperable (14) y de la parte no recuperada,

b) de caída del módulo recuperable (14),

c) durante la entrada en la atmósfera, de apertura de los pares de paneles de intradós y de extradós (22) hasta

alcanzar una velocidad dada,

d) de cierre de los pares de paneles de intradós y de extradós (22), formando cada par un panel único,

e) de cebado del recurso mediante puesta en posición de los paneles de intradós y de extradós (22) de manera que crean un momento de giro,

f) de puesta en marcha de los medios de propulsión atmosférica (2) en vuelo subsónico al final del recurso,

g) de vuelo de crucero de retorno, y h) de aterrizaje.

15. Método según la reivindicación 14, en el que el aterrizaje es automático, y va seguido de una fase de guiado y de 15 frenada automática.

16. Método según la reivindicación 14 o 15, que incluye previamente a la fase de entrada en la atmósfera, una etapa de modificación de la orientación de los estabilizadores (19a2, 19b2) y, en su caso, de ajuste en fase de vuelo.

17. Método según la reivindicación 14, 15 o 16, en el que durante la etapa a), la separación del módulo recuperable

(14) y de la parte no recuperada tiene lugar en una dirección sensiblemente ortogonal al plano de la trayectoria.