La ingeniería digital y las tecnologías avanzadas están abriendo nuevas oportunidades y acelerando el crecimiento del sector de los lanzamientos espaciales, en rápida evolución.
Gracias a la realidad virtual y a los diseños monolíticos, es decir, fabricados y fundidos como una sola pieza, el cohete propulsor sólido (SRB) de Northrop Grumman con motor epoxi de grafito (GEM 63XL) de 63 pulgadas de diámetro y longitud extendida hará su debut, apoyando el vuelo inaugural del cohete Vulcan Centaur de United Launch Alliance (ULA) el 8 de enero.
Con más de 72 pies de largo, el GEM 63XL es el SRB monolítico más largo jamás producido para el vuelo, una designación que anteriormente ostentaba su predecesor, el GEM 63 de 66 pies de largo y 63 pulgadas de diámetro.
La fabricación y fundición del GEM 63XL como una sola pieza hace que los motores sean más fiables y eficientes al reducir las juntas, los herrajes y la masa total. Esto es crucial para un SRB de esta longitud que puede proporcionar más de 463.000 libras de empuje para mejorar las capacidades de los cohetes que lanzan las cargas útiles más críticas de la nación.
Ingeniería pionera con realidad virtual
Si una imagen vale más que mil palabras, la realidad virtual vale más que mil imágenes.
Para ampliar los límites de lo posible, el equipo trató de identificar lo que podría lograrse utilizando la realidad virtual para construir la próxima generación de cohetes propulsores. El GEM 63XL de quinta generación se beneficia de diseños y componentes probados en vuelo, avanzando en el legado del GEM de aumentar las capacidades.
Gracias a la realidad virtual, los equipos de diseño e ingeniería del GEM se sumergieron en entornos virtuales de 360 grados para observar y probar cohetes de tamaño real. En cuestión de minutos, los ingenieros crearon representaciones en 3D de diseño asistido por ordenador (CAD), se colocaron los auriculares y examinaron minuciosamente un modelo a escala real para validar el diseño antes de iniciar la fabricación.
«Uno cree que lo ve todo en CAD, pero existen restricciones cuando se visualiza un diseño bidimensional», afirma Kevin Foster, ingeniero jefe, GEM 63/63XL, sistemas de propulsión, Northrop Grumman. «Podemos identificar posibles problemas y realizar ajustes en el diseño antes de que comience la producción, lo que nos ahorra un tiempo vital y reduce los costes».
Excelencia en la fabricación
La construcción de los GEM 63XL de forma monolítica en lugar de segmentada proporciona varias ventajas de eficiencia, entre las que se incluyen:
- Reducción del hardware y de la masa total, para permitir una mayor relación empuje-peso;
- Reducción de las operaciones de manipulación y montaje de motores;
- Reducción de las interfaces de unión de campo y del soporte de montaje en el lugar de lanzamiento;
- Racionalización del acoplamiento del propulsor al núcleo del vehículo;
- Permitir una rápida programación de la cadencia de lanzamiento, reduciendo las juntas y los posibles puntos de fallo.
En el cohete Vulcan pueden integrarse hasta seis SRB GEM 63XL. Junto con el par de motores BE-4, los potentes motores de gas natural licuado que sirven como propulsión principal del cohete ofrecen más de 3,3 millones de libras de empuje para elevar las cargas útiles de los clientes a las órbitas deseadas.
«Los motores de cohetes más grandes y capaces, incluidos los vehículos que apoyan las misiones de transporte compartido, son el resultado de la necesidad de los clientes de colocar cargas útiles más grandes y avanzadas en el espacio», dijo Robert González, director senior del programa de sistemas de propulsión de Northrop Grumman.
Los motores GEM tienen más capacidades, incluyendo su diseño, y la construcción de los motores para ser enviados directamente a la plataforma de lanzamiento con poco montaje requerido.
Desde la fabricación y el procesamiento del propulsor hasta su rendimiento general, la eficiencia del enfoque monolítico respalda los objetivos del cliente y proporciona ventajas significativas, como un propulsor más ligero, rentable y potente.
De cara al futuro
Northrop Grumman sigue invirtiendo en la modernización de sus instalaciones para apoyar la producción de estos motores pioneros. La singular longitud del GEM 63XL obligó a renovar en 2015 los edificios, incluidas las instalaciones de fundición del propulsante del motor cohete, la infraestructura y las celdas de trabajo. La profundidad de los pozos de fundición existentes se incrementó en 6 metros para adaptarse a los motores GEM y se modificaron para incluir dos puertos que permitieran añadir propulsante a dos carcasas de motor cohete utilizando un solo pozo. Este proceso, conocido como doble colada, mejora la eficiencia, ahorra costes y aumenta la producción.
Northrop Grumman obtuvo un nuevo contrato de la ULA en 2022 para aumentar la producción de sus motores GEM, cuadruplicando prácticamente las tasas de producción anteriores hasta el final de la década y requiriendo una mayor expansión de sus instalaciones de fabricación de motores sólidos para cohetes.
La expansión incluye nuevas instalaciones de última generación, la modernización de las instalaciones existentes, la compra de equipos de fabricación de vanguardia y otros equipos de apoyo para agilizar los procesos, mejorar la entrega de productos y aumentar la capacidad y la producción.
«Aunque muchas cosas han evolucionado -desde la tecnología a las instalaciones, pasando por el propio motor- en la última iteración del programa GEM, el legado de éxito y orientación al cliente se ha mantenido constante», afirmó González. «Ese énfasis nunca cambiará».
Northrop Grumman/Enero 05 de 2024
