¿Cuáles son los planes de China en el sector Aeroespacial para 2021 y los próximos años?

China presento hace unos días el plan quinquenal para el desarrollo económico y social del país y con el cual establece los objetivos para el desarrollo del país durante los próximos cinco años, este es un plan extenso y que abarca diversos aspectos, sin embargo, te traemos el resumen detallado que tiene China en el sector Aeroespacial y que fue presentado en este plan. Además, también se han dado a conocer algunos planes en el sector aeroespacial antes o después de este plan y que fueron anunciados individualmente o comentados por funcionarios de la CASC y CNSA.

Dividimos todo el artículo en varias secciones que pueden ser de interés para que sea más fácil y rápida la lectura y búsqueda de información, esta es la tabla con los diferentes contenidos:

Cohetes.

La Corporación de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China (CASC) junto con la Administración Espacial Nacional China (CNSA) tienen la meta de transformar su familia de lanzadores espaciales llamados Long March o Chang Zhen, dentro de lo que sea presentado y hablado, se encuentran nuevos cohetes que están y estarán en desarrollo así como cohetes que actualmente están en uso y que recibirán mejoras y cambios para mejorar su rendimiento y capacidades, los cohetes de los cuales se presentó alguna novedad son:

Long March 2C

El cohete Long March 2C es el cohete pequeño de la familia de cohetes chinos que actualmente está en uso, es un cohete de dos etapas con combustible sólido (tres etapas si se requiere, siendo la tercera, una etapa de combustible líquido ) líquido que usa como combustible tetróxido de nitrógeno y dimetilhidrazina asimétrica. Este cohete presenta tres versiones diferentes que sirven según la necesidad del cliente o de la carga que se desea enviar. Este cohete tiene una capacidad de carga a Órbita terrestre baja (LEO) de 3.850 kg, 1.400 Kg a órbita sincrónica al sol (SSO) y 750 Kg a órbita de transferencia geoestacionaria.

Long March 2C durante su lanzamiento.

Este cohete tiene algunas mejores previstas ya desde hace casi un año o más y que recientemente se reveló que China ya estaría trabajando en estas mejoras las cuales serían, aumentar la capacidad de carga del Long March 2C que debería aumentar considerablemente y podría tener también una nueva cofia de 4,2 metros de diámetro que sería recuperada con paracaídas como lo hace SpaceX con sus cofias. Con esta nueva versión apuntaría a una capacidad de dos toneladas en órbita sincrónica al sol (SSO) ya que actualmente cuenta con una capacidad de carga a SSO de 750 kg, además también se han hecho pruebas de control aerodinámico de las primeras etapas con rejillas aerodinámicas.

Vista de como seria el nuevo Long March 2C con las mejoras propuestas.

Long March 2F

El Long March 2F es un cohete de tres etapa que en la primera etapa cuenta con cuatro propulsores laterales de apoyo, este cohete a su vez es uno de los que pocas veces se usa o se usa rara vez, el último lanzamiento fue en septiembre de 2020 que llevo un avión espacial de prueba del cual se saben pocos detalles, sin embargo, con el plan de la Estación Espacial China se volvería a usar varias veces ya que está previsto que lance las naves Shenzhou con los Taikonautas a bordo y con destino a la Estación Espacial de China.

Long March 2F Foto: CASC

Además, también se conoció que después del lanzamiento de las naves Shenzhou 12 y 13, otro Long March 2F, previamente ensamblado, estará en la plataforma de lanzamiento, listo para despegar en cualquier momento en el caso de una evacuación de emergencia, un problema con las cápsulas en órbita, u otro problema, y que podría estar listo para volar en menos de 24 horas.

También salieron detalles sobre el número de misiones y fechas para los lanzamientos planeado para este cohete que serían siete 7 vuelos completados para fines de 2023 y que se podrían distribuir de la siguiente manera, aunque esto no está confirmado.

  • Año 2021: 2 Vuelos
  • Año 2022: 2 Vuelos
  • Año 2023: 3 Vuelos

Con esto, quizá para finales de 2022 ya habría una permanencia constante de personas en la Estación Espacial.

Long March 5B

El Long March 5B es un cohete de tres etapas que se estrenó en 2020 en un vuelo de prueba y que a finales del mismo año se usó para lanzar la misión Chang’e 5 a la Luna. Este cohete será el encargado de llevar los módulos de la Estación Espacial China a la órbita terrestre baja, el primer lanzamiento del primer módulo está previsto lanzarse en abril de 2021, luego el segundo a finales de 2021 y el tercero en 2022.

Long March 5 Foto: CASC

Hace poco también se conoció que China estaría buscando desarrollar un nuevo motor de combustión liquida con capacidad de ser reutilizable decenas o incluso cientos de veces que sería usado principalmente por el Long March 8 pero que también sería capaz de ser usado en el Long March 5B.

Long March 7A

El Long March 7A es uno de los cohetes más nuevos de China y que cuenta con dos etapas de combustible liquid, que en la primera etapa cuenta con cuatro propulsores laterales de apoyo, este cohete a día de hoy ha realizado dos lanzamientos de los cuales el primero fue en 2020 fue fallido debido a un fallo en uno de los motores de los propulsores laterales de la primera etapa, el cual se apagó prematuramente debido a complicaciones y que luego de la separación de la primera etapa produjo que el cohete se desintegrara.

En marzo de 2021 se lanzó la segunda misión de este cohete la cual fue exitosa dando como resultado la primera misión exitosa para esta variante de cohete, con este lanzamiento exitoso le abre las puertas a realizar más lanzamientos seguidos, además que está planeado lanzar las naves de reabastecimiento a la Estación Espacial Internacional. Según la divulgación oficial del Grupo de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China, se tiene la meta de 3 a 5 lanzamientos del Long March 7A para el 2025.

Long March 7A antes de su lanzamiento

Long March 8

Long March 8 no solamente es el cohete más nuevo de la familia, sino que está a la expectativa del mundo entero ya que podría ser el primer cohete reutilizable de China; es un cohete de dos etapas de combustible líquido con capacidad de lanzar hasta 4.5 toneladas a Órbita terrestre baja (LEO) y que su principal novedad que llama la atención es la capacidad de aterrizar verticalmente usando sus motores como aterrizaje propulsado sobre una base en el mar.

En diciembre de 2020 se lanzó el primer Long March 8 en un vuelo inaugural y de prueba llevando varias cargas a la órbita baja, para este primer lanzamiento no se instaló el sistema de rejillas aerodinámicas y las patas de aterrizajes ya que no se estaba probando esta tecnología, sin embargo, se espera que a partir de 2021 se empiecen a probar este sistema de aterrizaje con unos vuelos cortos como lo hacía el Grasshoper, el cual era el prototipo del Falcon 9 de SpaceX.

Long March 8 en su primer lanzamiento

Como lo dijimos actualmente CASC está trabajando en un nuevo motor para este cohete ya que según el director del Comité de Ciencia y Tecnología de CASC comento que, aunque el Long March 8 se diseñó para ser realizable, los motores YF-100 no estaban preparados para ser reutilizables, pero que estarían planeando desarrollar un nuevo motor el cual sea capaz de ser reutilizado decenas de veces. Bao Weimin miembro del comité de CASC comento además que con este motor estarían buscando inicial y principalmente la reutilización y la eficiencia del mismo antes de buscar el límite de empuje.

Se espera que a medida de los meses se conozcan más detalles sobre el Long March 8 y como avanza su desarrollo general.

Long March 9

Long March 9 es un vehículo de lanzamiento orbital super pesado que fue propuesto en 2012 con un diseño preliminar aprobado en 2016 con el que China busca entrar de lleno a los lanzadores super pesados. Este vehículo será capaz de llevar una carga máxima de 140 toneladas a órbita terrestre baja (LEO), 50 toneladas a una inyección translunar y 44 toneladas a Marte.

Concepto del Long March 9

Su primer lanzamiento está previsto para 2030 en preparación para un aterrizaje lunar en esta misma década. Para este vehículo también se propuso una misión de muestra de retorno desde Marte. Además, según se ha informado que el hardware y los componentes necesarios para un vuelo de prueba ya se están probando actualmente y que representan un 70% del desarrollo de esta unidad de prueba. El desarrollo de los motores también lleva unos cuantos años y la primera prueba de estos se realizó a fines de 2018. El Long March 9 tendrá una masa en el despegue de 4.140 toneladas métricas.

Prueba de ignición de un prototipo del motor YF-130 que tiene 500 toneladas de empuje y que será usado para el Long March 9.

El diseño de este cohete será de tres etapas, con el primer núcleo que tiene un diámetro de 10 metros y 93 metros de alto, utilizará cuatro motores de 5 metros de diámetro y que usa como propelente oxígeno líquido (LOX) y queroseno (RP 1), estos cuatro motores de la primera etapa tendrán 500 toneladas de empuje, mientras los aceleradores laterales serán de Kerolox. Además, se propuso algunas variantes para este cohete como lo serían el Long March 9A que tendría solo dos impulsores y una capacidad de carga útil a órbita terrestre baja de 100 toneladas y el Long March 9B que tiene solo la etapa central y una capacidad de carga útil a órbita terrestre baja de 50 toneladas.

Long March 11

El Long March 11 es un cohete de cuatro etapas solido con capacidad de llegar 700 kg a orbita baja y que presenta como diferencia, que es capaz de ser lanzado desde el mar o vehículos en carretera, en 2020 se hizo un lanzamiento de este cohete desde el mar y según algunos informes recientes, China tendría previsto lanzar cuatro misiones en 2021 desde el mar.

Long March 11

Desarrollo de Sistemas de Recuperación y Reutilización

Además de nombrar el desarrollo del Long March 8 y los motores que se quieren desarrollar para ser reutilizables, hay algunos planes para otros cohetes, así mismo como pruebas de verificación de tecnologías que ya se probaron y que estarán desarrollando.

Desarrollo de sistemas de recuperación de cofias

El 7 de septiembre de 2018, una mitad de la cofia del cohete Long March 2C se equipó con el sistema de medición de reentrada subestereoscópica “Guiyan No.1” y de orientación en parafoil para la prueba de recuperación de reentrada durante el lanzamiento del satélite Ocean 1C.

Vista de la Tierra desde una cámara integrada en una mitad de la cofia del Long March 2C Foto: CASC

Además de estas pruebas, también las diferentes cofias que fueron equipadas con sistemas de reocupación, incluían sistemas RCS para corregir la posición de la cofia y paracaídas para que puedan llegar a tierra con una velocidad baja y no sufra daños, este sistema se espera que se siga probando en 2021 y los próximos para que China tenga la capacidad de reutilizar las cofias de sus cohetes.

Desarrollo de rejillas de control aerodinamico

El 26 de julio de 2019, el cohete Long March 2 C instaló un timón de rejilla en el núcleo del cuerpo del cohete de primer nivel por primera vez en la misión de lanzamiento del satélite Yaogan 30-05 de detección remota, logrando con éxito la caída en punto fijo del cuerpo del cohete, y el control eficaz de los restos. La tecnología de recuperación de cohetes se exploró más a fondo sobre la base de la zona de aterrizaje.

Timón de rejilla C Long March 2

El 3 de noviembre de 2019, el cohete Long March 4B usó el dispositivo de timón de rejilla nuevamente en la misión de lanzamiento del satélite Gaofen-7, y una vez más completó la misión de aterrizaje controlable a nivel central.

Timón de rejilla Long March 4B

Desarrollo del aterrizaje del Long March 8

Según Jiang Jie, académico de la Academia de Ciencias de China, se espera que el Long March 8 complete la demostración y verificación de tecnologías clave de despegue y aterrizaje verticales en 2021. Esta demostración verifica la prueba de vuelo similar al Falcon 9 o Grasshopper de SpaceX. Según el plan establecido, el cuerpo del cohete que participó en el vuelo de prueba de 2020, no era del Long March 8 sino el cuerpo del cohete Long March 7 modificado para participar en la tecnología clave de despegue y aterrizaje vertical. La demostración verificó que el YF-115 de esta configuración de subnivel es otro motor de queroseno de oxígeno líquido con función de empuje variable.

Demostración y verificación de tecnologías clave de despegue y aterrizaje vertical

Hay dos razones para elegir el esquema de aterrizaje de la primera etapa del Long March 8 con los dos propulsores laterales unidos. Primero, la recuperación de la primera etapa del cohete es más económica. Este tipo de cohete puede compensar el costo adicional causado por el requisito de reutilización después de ser reutilizado tres veces. En términos sencillos, se puede usar tres veces para ahorrar el costo. Después de tres veces, el precio de lanzamiento se reducirá significativamente. Segundo, otra razón es el empuje variable de aceleración profunda del motor. El Long March 8 no tiene un motor de empuje variable profundo listo para ser usado.

Song Zhengyu, ingeniero jefe del Long March 8, señaló que la recuperación del Long March 8 no es la misma que la de SpaceX y Blue Origin.

El motor de queroseno y oxígeno líquido YF-100 de la configuración de la etapa de despegue Long March-8 puede lograr un ajuste de empuje entre el 75% y el 100%, pero esto en realidad no es suficiente. Por lo tanto, se adoptó el esquema de recuperación de la etapa con los propulsores laterales para aumentar el peso de recuperación del cuerpo y así eliminar el problema del cambio de empuje profundo del motor.

Long March 8 luego de su lanzamiento

También se trata de matar dos pájaros de un tiro. Por un lado, la recuperación de la etapa con propulsores laterales maximiza la recuperación del cohete a nivel de despegue y, por otro lado, también reduce la presión de empuje variable del motor.

Control de la primera etapa del Long March 8 para lograr ser recuperada

Se espera que Long March-8 logre la recuperación vertical y la reutilización de la etapa de despegue para 2025. Este es solo el primer paso. Según el plan, Long March 7A también será reemplazado por un motor YF-100K de mejor rendimiento con oxígeno líquido y queroseno.

La recuperación de la primera etapa del Long March 8 se divide en 5 fases: sección ascendente, sección de altitud de rodaje, sección de desaceleración de potencia, sección de desaceleración neumática y sección de descenso vertical.

Fase ascendente

La primera etapa del Long March 8 se enciende y se levanta, para luego el propulsor central y los propulsores laterales se apaguen sucesivamente, así la fase ascendente termina y entra en la fase de postura de rodaje.

Concepto del Long March 8 reutilizable

Fase de ajuste de actitud de deslizamiento

El control de actitud se logra a través de la boquilla de control de actitud (RCS) dispuesta en la parte superior del propulsor.

Fase de desaceleración de potencia

Cuando la velocidad descendente se acelera significativamente, el motor se encenderá y frenará para desacelerar cuando esté a punto de ingresar a la atmósfera densa, y la trayectoria balística se corregirá simultáneamente para garantizar la precisión del punto de aterrizaje.

Fase de desaceleración neumática

Una vez apagado el motor, ingresa a la sección de desaceleración aerodinámica. Esta etapa utiliza principalmente la estructura plana en la parte inferior del cohete y la fricción atmosférica para desacelerar, y el timón de rejilla participa en el control de actitud.

Fase de cección de descenso vertical

Cuando el motor alcanza la altitud y la zona de velocidad designadas, el motor se enciende nuevamente, frenando, desacelerando y controlando el acelerador, y el mecanismo de aterrizaje se despliega sincrónicamente hasta que toca el suelo.

Estación Espacial China

Luego del programa Tiangong con el cual China tubo una pequeña Estación Espacial en la órbita baja, ya está todo listo para que China lance su nueva Estación Espacial que además será la más grande construida por este país, con esta busca no solo tener una constancia permanente en el espacio en unos años sino con el que busca crear innovación, desarrollo y nuevas tecnologías que ayuden al mundo.

Estación Espacial China

Construcción

La construcción de esta Estación Espacial se basa en tres módulos que se harán en cuatro lanzamientos distintos, los lanzamientos de los módulos están previstos dos para 2021 y uno para 2022.

Estructura de la Estación Espacial China junto con una nave Tianzhou

Tripulación

China ya está preparada para volver a colocar Taikonautas en la órbita baja luego de dejar el programa Tiangong hace unos años, las tripulaciones para las dos primeras misiones ya se conocen un poco aunque no están confirmadas y que ya están entrenando antes de que tengan que viajar y preparar toda la Estación Espacial.

Shenzhou-12

  • Nie Haisheng
  • Deng Qingmin
  • Ye Guangfu

Shenzhou-13

  • Liu Boming
  • Chen Dong
  • Zhang Lu
Tripulación de la misión Shenzhou 12

También salieron detalles sobre el número de misiones y fechas para los lanzamientos planeado que serían siete 7 vuelos completados para fines de 2023 y que se podrían distribuir de la siguiente manera, aunque esto no está confirmado.

  • Año 2021: 2 Vuelos
  • Año 2022: 2 Vuelos
  • Año 2023: 3 Vuelos

Con esto, quizá para finales de 2022 ya habría una permanencia constante de personas en la Estación Espacial.

Programa Lunar

China junto con Estados Unidos son los únicos dos países que tiene claras las intenciones con respecto a Luna, además de no ser similares en el programa, parece que también lo serán los tiempos de ejecución. Por un lado, el exitoso programa Chang’e de China sigue en pie ya que actualmente Chang’e 4 está en trabajos en la Luna y Chang’e 7 está en preparación. Por otro lado, también buscan establecer una base Lunar internacional con hasta una opción de un orbitador Lunar muy similar al Gateway de la NASA.

Programa Chang’e

Luego del éxito de la misión Chang’e 5 a finales de 2020 que logro traer muestras de la Luna a la Tierra, y la misión Chang’e 4 que actualmente sigue haciendo experimentos científicos en el lado oculto de la Luna, China ya está pensando en la próxima misión Lunar que será Chang’e 7, antes de continuar, Chang’e 6 si se lanzara, pero será luego de Chang’e 7, durante el tiempo de la misión Chang’e 5, Chang’e 6 estaba como segunda opción si algo salía mal, sin embargo Chang’e 5 fue un éxito y será lanzada luego de Chang’e 7.

Chang’e 4 en el lado oculto de la Luna Foto: CNSA

Base Lunar

China y Rusia han firmado un acuerdo para colaborar en la exploración de la Luna y así construir una base en la misma. Este acuerdo parece estar fortalecido con grandes expectativas y planes para poder construir una base en la superficie de la Luna. Rusia y China ya comentaron que estarán colaborando para misiones Lunares de cada país, por un lado, China colaborará en la misión Luna-Resurs-1 de Rusia mientras que Rusia estará apoyando la misión Chang’e 7.

Una concepción artística de la Estación de Investigación Lunar Internacional (ILRS), posterior a 2030. 
Foto: CNSA

Misiones Interplanetarias

Marte – Tianwen 1

Tianwen es la primera misión de China que buscara posarse sobre la superficie de Marte, luego de su lanzamiento en 2020 y su llegada a órbita marciana en febrero de 2021, China sigue trabando para sacar el mayor provecho a Tianwen 1.

Tianwen 1

En comparación a las otras misiones lanzadas a Marte en 2020, Perseverance de la NASA y Al Amal de UAESA, Tianwen está formado por tres secciones las cuales constan de un orbitador, un módulo de aterrizaje y un rover. El módulo de aterrizaje se desacoplará del orbitador en unos meses para poder descender a la superficie del planeta y luego de estos el rover irá desde el módulo a la superficie para hacer sus misiones científicas.

Tianwen 1 en la superficie de Marte Fuente: Roscosmos

El rover puede comunicarse con la Tierra directamente o con el orbitador Tianwen-1, que puede transmitir señales. El orbitador tiene su propio conjunto de instrumentos científicos para estudiar Marte, incluida una cámara de alta resolución que debería producir imágenes asombrosas.

También tendrá cámaras, instrumentos para estudiar el clima y la geología de Marte, e incluso un instrumento para golpear rocas y registrar las firmas químicas resultantes, al igual que los rovers Curiosity y Perseverance de la NASA. El radar del rover funciona disparando ondas de radio a la superficie y midiendo los tiempos de reflexión, lo que permite a los científicos en la Tierra armar un mapa en 3D de lo que hay debajo.

Estos son los seis instrumentos que incorporan el rover y con los cuales desarrollara toda su misión sobre el planeta rojo.

  • Radar de penetración terrestre (GPR), para obtener imágenes a unos 100 metros por debajo de la superficie marciana
  • Detector de campo magnético de superficie de Marte (MSMFD)
  • Instrumento de medición meteorológica de Marte (MMMI)
  • Detector de compuestos de superficie de Marte (MSCD)
  • Cámara de espectro múltiple (MSC)
  • Cámara de navegación y topografía (NTC)

Marte – Misión de retorno de muestras

Diseño

China también tiene pensado en una misión de retorno de muestras marcianas que se no solo se asemeja al de la NASA, sino que los tiempos de ejecución también son similares, sin embargo, aunque esta misión aún está en planificación, ya se han presentado varias propuestas de diseño y forma de como serán regresadas las muestras a la Tierra.

Una de las propuestas presentadas para el sistema de retorno de muestras marcianas es uno que resulta familiar, si lo vemos de cerca parece ser similar el orbitador Tianwen-1 con una cápsula de retorno Chang’e 5 en lugar del módulo de aterrizaje Tianwen. La cápsula probablemente tendría que actualizarse para manejar el calentamiento de reentrada interplanetario.

La etapa de crucero es similar en diseño básico a etapas de crucero similares de la NASA para Perseverance, Insight y, en el futuro, el Mars Sample Return Lander de la NASA.

Propuesta preliminar para el sistema de recolección demuestras basado en Chang’e 3 y Chang’e 4
Distribución de Masa de sonda candidata para viajar a Marte
Índice preliminar de la misión de retorno de muestras a Marte

Aparte de eso, puede haber cierta incertidumbre sobre el diseño ya que en un documento de 2016 implicaba que todavía estaban considerando una variedad de operaciones. Por ejemplo, estaban considerando si querían usar una etapa de ascenso de propulsión líquida derivada de Chang’e 5 o una nueva propulsión sólida. Para Marte, la etapa de ascenso líquido tendría que tener otra etapa para alcanzar la órbita y también ser aerodinámica. Sin embargo, la etapa de ascenso sólido es solo en un TRL bajo.

Concepto de sistema de retorno de muestras mediante un lanzamiento

Lanzamiento

Para el lanzamiento de esta misión también hay varias opciones sobre la mesa y más con el desarrollo planeado de nuevos lanzadores chinos en Camino. Para el lanzamiento se han presentado dos opciones con diferentes cohetes que van desde un solo lanzamiento hasta una opción de dos lanzamientos.

La primera opción de lanzamiento desde la Tierra consta de un Long March 9 que además coincide con los tiempos de desarrollo de este cohete, la otra alternativa es un lanzamiento doble, similar al de la NASA y ESA para traer las muestras recolectadas por Perseverance, esta opción llevaría el Long March 5 y otro lanzamiento con el Long March 3BG2.

Long March 9B es la versión sin refuerzos del Long March 9 con un motor adicional en el núcleo de la primera etapa (que es lo que se suponía que tenía la versión reutilizable del Long March 9. Tiene 12 toneladas en la órbita marciana, por lo que nos da la masa máxima combinada del orbitador y el módulo de aterrizaje.

El hecho de que se basen en Long March 3BG2 es extraño dado que en ese momento el Long March 7A debería lanzarse con regularidad y el Long March 2,3 y 4 debería estar completamente retirado.

En la siguiente diapositiva se deja ver el cronograma para la misión propuesta por China bajo la opción de dos lanzamientos:

Dos lanzamientos en noviembre de 2028, aterrizaje en Marte en octubre de 2029, despegue en julio de 2030 desde Marte y regreso a la Tierra en septiembre de 2031.

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