ES2911402T3 - Cohete multietapa con una etapa de cohete recuperable y método para lanzar un cohete multietapa y retornar una etapa de cohete recuperable a la Tierra - Google Patents
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Abstract
Cohete multietapa (100), que comprende una etapa de cohete recuperable (2) para propulsar un cohete (100) hacia el espacio, comprendiendo la etapa de cohete recuperable (2): un conjunto de depósito de propelente de cohete (4) que presenta una forma exterior generalmente cilíndrica, por lo menos un motor (6), acoplado al conjunto de depósito de propelente de cohete (4), y una pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8), en el que la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) forman unas extensiones longitudinales de la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete (4), formando conjuntamente un cilindro hueco o formando conjuntamente una estructura anular cerrada, en sus posiciones de lanzamiento, y pueden inclinarse con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete (4) para el retorno de la etapa de cohete recuperable (2) a la Tierra, y la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) son unos elementos de conexión estructurales entre la etapa de cohete recuperable (2) y una etapa de cohete adicional (50).
Description
DESCRIPCIÓN
Cohete multietapa con una etapa de cohete recuperable y método para lanzar un cohete multietapa y retornar una etapa de cohete recuperable a la Tierra
La presente invención se encuentra en el campo de los cohetes para lanzar objetos, tales como satélites, al espacio. En particular, la presente invención se encuentra en el campo de los cohetes multietapa.
Se emplean diversos tipos de cohetes para lanzar objetos al espacio. Por ejemplo, se emprenden diversos enfoques para hacer que el lanzamiento de satélites al espacio sea más fácilmente accesible. Independientemente de las clases de objetos que van a lanzarse, los cohetes tienen que enfrentarse al problema de que la estructura y el combustible requeridos para lanzar el cohete son muy pesados en comparación con el objeto que va a lanzarse al espacio, habitualmente denominado carga útil en términos de dinámica de cohetes. Además, incluso para objetos pequeños que van a transportarse, los cohetes son sistemas técnicos altamente complejos, que requieren la integración de diversos subsistemas, la utilización de materiales de alto rendimiento y fabricación y ensamblaje de alta precisión. Para la mayoría de los lanzamientos, los cohetes son conjuntos de una sola utilización, que se destruyen cuando caen a través de la atmósfera hacia la Tierra y/o que se destruyen al golpear contra la Tierra y/o que se desechan al espacio. Aunque se han realizado intentos por reutilizar equipos de viajes espaciales, tales como, el transbordador espacial de la NASA, los cohetes de una sola utilización todavía son los más habituales.
El documento US 2017/0327249 A1 divulga unos vehículos de lanzamiento con elementos externos en forma de anillo, presentando el vehículo de lanzamiento un primer extremo y un segundo extremo generalmente opuesto al primer extremo, siendo el vehículo de lanzamiento alargado a lo largo de un eje de vehículo que se extiende entre los extremos primero y segundo, y presentando una superficie externa orientada hacia el exterior. El sistema puede incluir además un elemento anular portado por el vehículo de lanzamiento, presentando el elemento anular una superficie externa orientada hacia el interior radialmente separada, y que se extiende de manera al menos parcialmente circunferencial alrededor, del eje de vehículo. El elemento anular puede presentar una primera superficie de borde orientada en un primer sentido a lo largo del eje de vehículo, y una segunda superficie de borde orientada en un segundo sentido a lo largo del eje de vehículo, siendo el segundo sentido opuesto al primer sentido. El elemento anular puede incluir uno o más frenos aerodinámicos.
El vídeo MoonMan22: “Fully Reusable Rocket (Both Stages!) in KSP” (www.youtube.com/watch?v=g0y2K3G5AkY) muestra una animación de un lanzamiento de un cohete de dos etapas y un retorno de ambas etapas.
El documento WO 98/13260 A1 divulga un vehículo que incluye un conjunto de morro. El conjunto de aleta de vehículo incluye un accionador y una aleta desde y entre una posición totalmente retraída y una posición totalmente extendida en respuesta a una señal de guiado recibida a partir de un ordenador de control de vuelo. El conjunto de aleta incluye una pluralidad de aletas acopladas, cada una, al armazón de conjunto de morro y un accionador que posiciona selectivamente la pluralidad de aletas en respuesta a una señal.
Por consiguiente, sería beneficioso hacer que la reutilización de partes de cohete fuera más accesible.
Las formas de realización ejemplificativas de la invención incluyen una etapa de cohete recuperable según la reivindicación 1 y un método para lanzar un cohete multietapa y para retornar una etapa de cohete recuperable del cohete multietapa según la reivindicación 12. En las reivindicaciones dependientes, se facilitan formas de realización adicionales de la invención.
Las formas de realización ejemplificativas de la invención permiten ralentizar la etapa de cohete recuperable durante la reentrada y/o durante el descenso final hacia la Tierra, sin afectar de manera negativa a la aerodinámica del cohete durante el lanzamiento. Al formar la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica extensiones longitudinales de la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete en sus posiciones de lanzamiento, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica se integra bien en una estructura de cohete global generalmente cilíndrica y no añaden resistencia aerodinámica durante la fase de lanzamiento. Al poder inclinarse con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede ponerse selectivamente en una posición en la que aumentan la resistencia aerodinámica de la etapa de cohete recuperable. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede proporcionar una extensión longitudinal aerodinámicamente eficiente del conjunto de depósito de propelente de cohete y una estructura adicional aerodinámicamente ineficiente, aumentando el área de resistencia aerodinámica de la etapa de cohete recuperable, dependiendo de sus posiciones. El aumento de la resistencia aerodinámica de la etapa de cohete recuperable puede realizarse mediante una acción de inclinación comparativamente sencilla de la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica y puede lograrse con una pequeña penalización de masa. Además, la inclinación de la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede proporcionar un compromiso beneficioso entre aumentar la resistencia aerodinámica y mantener una disposición geométrica que puede resistir las grandes cargas térmicas durante la reentrada. Además, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica pueden ayudar a
reorientar la etapa de cohete recuperable a lo largo de su trayectoria.
La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede inclinarse con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede estar dispuestos, en particular, alrededor de la circunferencia de la etapa de cohete recuperable. Cuando se inclina la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica se extienden en diferentes direcciones a partir de la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete. En particular, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede abrirse de una manera de tipo pétalo. Inclinar la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede dar como resultado una apertura de tipo flor de la estructura proporcionada por los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica en las posiciones de lanzamiento.
La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede inclinarse con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete. Dicho de otro modo, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede llevarse a una posición ladeada con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede ladearse alejándose de su alineación con la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete en las posiciones de lanzamiento. Los términos inclinado y ladeado pueden abarcar unos ángulos de inclinación de más de 0° y hasta 90°, en particular de más de 15° y hasta 90°.
La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica forma unas extensiones longitudinales de la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete en sus posiciones de lanzamiento. Las superficies exteriores de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica pueden integrarse en una extensión imaginaria de la superficie exterior cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete. El término generalmente cilíndrico se refiere a que la forma exterior del conjunto de depósito de propelente de cohete presenta una sección transversal circular de radio continuo a lo largo de la mayor parte de su extensión longitudinal. El término generalmente cilíndrico no excluye la presencia de elementos individuales que no se integren en la forma exterior cilíndrica, tales como, aletas de control, conductos de cables, etc.
El término elemento aumentador de la resistencia aerodinámica se refiere a una estructura que puede aumentar el área de resistencia aerodinámica de la etapa de cohete recuperable, resistiendo las cargas aerodinámicas y térmicas durante el retorno de la etapa de cohete recuperable a la Tierra. En particular, cada uno de entre la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede presentar un primer extremo, dispuesto en o adyacente a la extensión imaginaria de la superficie exterior cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete, y un segundo extremo, radialmente separado hacia fuera desde la extensión imaginaria de la superficie exterior cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete, cuando está en una posición inclinada. El término elemento aumentador de la resistencia aerodinámica se refiere a una estructura que potencia la resistencia aerodinámica de la etapa de cohete recuperable, cuando está en una posición inclinada.
La etapa de cohete recuperable puede recuperarse después de haberse lanzado al/hacia el espacio y haber vuelto a la Tierra. La etapa de cohete recuperable puede reutilizarse para uno o más lanzamientos adicionales al/hacia el espacio. La etapa de cohete recuperable puede ser reutilizable, no excluyéndose por el término reutilizable el mantenimiento y la reparación parcial después de la recuperación de la etapa de cohete.
El término cohete, tal como se utiliza en la presente memoria, se refiere a un cohete espacial, es decir a un vehículo de lanzamiento que permite transportar un objeto al espacio. El cohete puede ser un cohete de una única etapa o un cohete multietapa, tal como un cohete de dos etapas o un cohete de tres etapas.
El conjunto de depósito de propelente de cohete puede comprender dos o más depósitos. En particular, el conjunto de depósito de propelente de cohete puede comprender un depósito de oxígeno y un depósito de combustible. De manera adicionalmente particular, el conjunto de depósito de propelente de cohete puede comprender un depósito de oxígeno para almacenar oxígeno líquido y un depósito de combustible para almacenar combustible líquido. El combustible líquido puede ser, por ejemplo, propano líquido o líquido o propileno líquido. Se hace referencia al documento EP 3 348 822 A1, que contiene detalles de posibles configuraciones del conjunto de depósito de propelente de cohete.
Según una forma de realización adicional, la etapa de cohete recuperable comprende además un conjunto de accionador configurado para inclinar la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete. El conjunto de accionador puede presentar accionadores independientes para la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica. En particular, puede proporcionarse un accionador individual para cada uno de entre la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica.
Según una forma de realización adicional, el conjunto de accionador comprende, para cada uno de la pluralidad
de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica, una bisagra, que acopla un primer extremo del elemento aumentador de la resistencia aerodinámica respectivo al conjunto de depósito de propelente de cohete, y un accionador para hacer girar el elemento aumentador de la resistencia aerodinámica respectivo alrededor de la bisagra. Haciendo girar el elemento aumentador de la resistencia aerodinámica respectivo alrededor de su bisagra, el elemento aumentador de la resistencia aerodinámica en cuestión puede llevarse a una posición inclinada. Los accionadores pueden estar configurados para mover los segundos extremos de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica radialmente hacia fuera. Los accionadores pueden ejercer la fuerza de inclinación sobre los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica en cualquier posición adecuada a lo largo de la extensión longitudinal de los mismos. Los accionadores también pueden ejercer la fuerza de inclinación sobre elementos de soporte estructurales que distribuyen la fuerza de inclinación a lo largo de áreas extendidas respectivas de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica. Los primeros extremos de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica pueden estar acoplados directamente al conjunto de depósito de propelente de cohete por medio de las bisagras. También es posible que los primeros extremos de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puedan estar acoplados al conjunto de depósito de propelente de cohete mediante un anillo de soporte intermedio. El anillo de soporte también puede denominarse falda del conjunto de depósito de propelente de cohete.
Según una forma de realización adicional, el conjunto de accionador está configurado para inclinar la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica hasta 90° con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete. El conjunto de accionador puede estar configurado para inclinar la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica a uno o más ángulos de inclinación predefinidos. También es posible que el conjunto de accionador esté configurado para permitir una adaptación variable de los ángulos de inclinación.
Según una forma de realización adicional, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica comprende entre 2 y 8 elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica, en particular entre 3 y 6 elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica, de manera adicionalmente particular 4 elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede consistir en 2, 3, 4, 5, 6, 7 u 8 elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica, en particular en 3, 4, 5 o 6 elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica, de manera adicionalmente particular en 4 elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica. Los números dados de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica proporcionan un buen compromiso entre complejidad, eficacia y capacidad de funcionamiento. En el caso a modo de ejemplo de la etapa de cohete recuperable que presenta exactamente 4 elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica, el aumento de la resistencia aerodinámica puede estar bien distribuido alrededor de los cuatro cuadrantes de la etapa de cohete recuperable. La etapa de cohete recuperable puede ralentizarse con un alto grado de capacidad de control y estabilidad de orientación.
Según una forma de realización adicional, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica son partes de envoltura cilíndrica. Dicho de otro modo, cada uno de entre la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica presenta la forma de una parte de envoltura cilíndrica. Dicho aún de otro modo, cada uno de la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica presenta una superficie exterior que es una parte de superficie cilíndrica. Las partes de envoltura cilíndrica pueden considerarse partes de un cilindro hueco. Las partes de envoltura cilíndrica pueden presentar en particular una anchura constante a lo largo de sus extensiones longitudinales, es decir un arco circular de longitud constante a lo largo de sus extensiones longitudinales. Los bordes izquierdo y derecho de cada parte de envoltura cilíndrica pueden ser rectos. Los bordes izquierdo y derecho de cada parte de envoltura cilíndrica pueden estar alineados con la extensión longitudinal del conjunto de depósito de propelente de cohete, cuando están en la posición de lanzamiento. Al presentar la forma de partes de envoltura cilíndrica, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica son particularmente adecuados para extender la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete de una manera aerodinámicamente eficiente y para integrarse en la forma exterior generalmente cilíndrica del cohete. Además, al presentar la forma de partes de envoltura cilíndrica, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica son particularmente adecuados para formar una superficie exterior continua tras posicionarse adyacentes entre sí en las posiciones de lanzamiento.
La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica forma conjuntamente una envoltura cilíndrica en sus posiciones de lanzamiento. Dicho de otro modo, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica forma conjuntamente un cilindro hueco. Dicho aún de otro modo, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica se combina para formar una estructura anular cerrada, cuando están en sus posiciones de lanzamiento. De esta manera, puede proporcionarse una sección de cilindro hueco multiuso a lo largo de la longitud del cohete. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede proporcionar el aumento de la resistencia aerodinámica durante la reentrada / descenso y pueden proporcionar una envoltura cilíndrica alrededor de otros componentes del cohete durante el lanzamiento.
De esta manera, proporcionar los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica inclinables puede realizarse con una penalización de masa muy pequeña, en comparación con enfoques anteriores, en los que se utilizaba un cilindro hueco desechable para proteger componentes de cohete y/o con fines aerodinámicos. En
particular, proporcionar los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede realizarse con sustancialmente tan solo la penalización de masa del conjunto de accionadory, posiblemente, con la penalización de masa de materiales dirigidos a la operación aumentadores de la resistencia aerodinámica. Pueden sustituirse estructuras de cilindro hueco de enfoques anteriores por la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica, sin tener que rediseñar todo el cohete. La capacidad de reutilización anteriormente descrita puede lograrse con poco peso y complejidad adicionales.
Según una forma de realización adicional, cada uno de entre la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica presenta una superficie exterior continua. De esta manera, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica proporcionan un aumento particularmente eficaz de la resistencia aerodinámica. Las superficies exteriores continuas proporcionan un alto aumento de la resistencia aerodinámica por unidad de área de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica. Se ha encontrado que las aletas de rejilla, tal como se utilizan a lo largo de conjuntos de depósito en enfoques anteriores para controlar la trayectoria del cohete, no funcionan bien para ralentizar la etapa de cohete recuperable. Por consiguiente, no resulta viable utilizar simplemente aletas de rejilla existentes con el fin de ralentizar una etapa de cohete para su capacidad de reutilización.
Según una forma de realización adicional, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica está realizados de un material compuesto, tal como fibra de vidrio o polímeros reforzados con fibra de carbono, o realizados de metal, tal como aleaciones de aluminio, aleaciones de acero inoxidable o aleaciones de titanio, o realizados de espuma de metal, por ejemplo, a base de aleaciones de aluminio, aleaciones de aluminio-litio, aleaciones de acero inoxidable o aleaciones de titanio. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede presentar estructuras de núcleo de espuma o en panal de abejas, que implican los materiales anteriormente mencionados. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica también puede comprender combinaciones de los materiales anteriormente mencionados. Adicionalmente es posible que la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica presente un recubrimiento de protección de superficie, al menos en sus superficies exteriores. El recubrimiento de protección de superficie puede ser a base de cerámica o de polímero o de metal, tal como a base de aluminio, titanio o níquel.
Según una forma de realización adicional, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica forma al menos parte de una estructura de soporte entre etapas. En particular, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede formar al menos parte de una estructura de soporte entre etapas configurada para conectar los conjuntos de depósito de propelente de cohete de la etapa de cohete recuperable y una etapa de cohete adicional. De manera adicionalmente particular, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede formar al menos parte de una estructura de soporte entre etapas que rodea al menos parte del uno o más motores de la etapa de cohete adicional. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica también puede formar toda o sustancialmente toda la estructura de soporte entre etapas. Utilizar la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica tanto para acoplar dos etapas de cohete durante el lanzamiento como para ralentizar la etapa de cohete recuperable durante la reentrada/descenso es una utilización muy eficiente de recursos y peso. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede formar un extremo superior de la etapa de cohete recuperable. De esta manera, están particularmente bien posicionados para acoplar la etapa de cohete recuperable a una etapa de cohete adicional o sección de carga útil y para proporcionar el efecto aumentador de la resistencia aerodinámica en el extremo trasero de la etapa de cohete recuperable durante la reentrada, lo cual puede ser beneficioso para resistir las cargas térmicas.
La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica son elementos de conexión estructurales entre la etapa de cohete recuperable y una etapa de cohete adicional. El término elementos de conexión estructurales se refiere a aquellos elementos que facilitan la unión entre la etapa de cohete recuperable y la etapa de cohete adicional y que absorben fuerzas relativas entre la etapa de cohete recuperable y la etapa de cohete adicional. En una forma de realización particular, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica son los únicos elementos de conexión estructurales entre la etapa de cohete recuperable y la etapa de cohete adicional. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede proporcionar la integración estructural completa de la etapa de cohete recuperable y la etapa de cohete adicional durante el lanzamiento.
Según una forma de realización adicional, dicho por lo menos un motor está dispuesto en una primera parte de extremo del conjunto de depósito de propelente de cohete y la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica están dispuestos en una segunda parte de extremo del conjunto de depósito de propelente de cohete, opuesta a la primera parte de extremo. En particular, dicho por lo menos un motor puede estar dispuesto en un extremo inferior del conjunto de depósito de propelente de cohete y la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica pueden estar dispuestos en un extremo superior del conjunto de depósito de propelente de cohete. De esta manera, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede orientar y controlar la etapa de cohete recuperable de una manera de tipo flecha durante la reentrada/descenso, mientras que dicho por lo menos un motor está orientado hacia la Tierra. Por tanto, el posible daño a la etapa de cohete recuperable tras golpear contra el suelo puede restringirse a la parte de motor,
dejando el conjunto de depósito de propelente de cohete y las conexiones internas de la etapa de cohete recuperable en buena posición para resistir el impacto.
Según una forma de realización adicional, la etapa de cohete recuperable comprende un sistema de paracaídas. El sistema de paracaídas puede comprender uno o más paracaídas.
De esta manera, la etapa de cohete recuperable puede ralentizarse adicionalmente mediante uno o más paracaídas durante el descenso final. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica y el sistema de paracaídas pueden actuar conjuntamente de una manera particularmente beneficiosa. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede ralentizar la etapa de cohete recuperable hasta un grado tan grande que un sistema de paracaídas comparativamente pequeño es suficiente para proporcionar una desaceleración adicional deseada. Un sistema de paracaídas de este tipo puede aportar poco peso adicional a la etapa de cohete recuperable.
Según una forma de realización adicional, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede girar alrededor de sus ejes longitudinales para controlar la rotación de la etapa de cohete recuperable alrededor de su eje longitudinal. En particular, el conjunto de accionador puede presentar un accionador de cabeceo para cada uno de la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede bascular alrededor de sus ejes longitudinales. De esta manera, no forman estructuras simétricas para la corriente de aire incidente durante el descenso. En vez de eso, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica pueden formar superficies aerodinámicas que confieren un momento angular sobre la etapa de cohete recuperable. Debido a la rotación resultante, la etapa de cohete recuperable puede ralentizarse aún más. La etapa de cohete recuperable puede entrar en un estado de enderezamiento durante el descenso, en particular durante el descenso final.
Según una forma de realización adicional, uno o más de dicho por lo menos un motor pueden volver a arrancarse. En particular, cada uno del al menos un motor pueden volver a arrancarse. Volver a arrancar uno o más del al menos un motor puede contribuir a la desaceleración de la etapa de cohete recuperable. El/los motor(es) que puede(n) volver a arrancarse puede(n) actuar conjuntamente bien con la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede orientar dicho por lo menos un motor hacia abajo, de tal manera que su funcionamiento es particularmente eficaz para ralentizar la etapa de cohete recuperable. La etapa de cohete recuperable puede presentar un sistema de ignición doble, arrancando un primer elemento de ignición o un conjunto de primeros elementos de ignición el funcionamiento del al menos un motor para el lanzamiento y arrancando un segundo elemento de ignición o un conjunto de segundos elementos de ignición dicho uno o más de entre dicho por lo menos un motor durante el descenso. Dicho uno o más de dicho por lo menos un motor puede hacerse funcionar para las etapas finales del descenso, es decir para el descenso final.
Según una forma de realización adicional, la etapa de cohete recuperable es la etapa de cohete primaria del cohete. Por definición, la etapa de cohete primaria es la etapa de cohete que se enciende para realizar el ascenso inicial desde el suelo. La etapa de cohete primaria puede estar configurada para propulsar el cohete hasta una altura de entre 60 km y 100 km. Proporcionar la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica resulta particularmente útil para la etapa de cohete primaria, porque se dedica una gran parte de material, esfuerzo de fabricación y esfuerzo de ensamblaje a la etapa de cohete primaria. Por tanto, reutilizar algo o incluso la totalidad de la etapa de cohete primaria es altamente beneficioso. Según una forma de realización adicional, la etapa de cohete recuperable presenta una altura de entre 5 m y 25 m, en particular de entre 10 m y 20 m, de manera adicionalmente particular de entre 12 m y 16 m. Los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica pueden presentar una longitud de entre 0.5 m y 3 m. El diámetro de la etapa de cohete recuperable puede ser de entre 0.5 m y 2 m, en particular entre 1 m y 1.5 m. Con los parámetros de tamaño anteriores, la etapa de cohete recuperable puede proporcionar un compromiso particularmente bueno entre capacidad de depósito y dinámica de vuelo durante la reentrada/descenso. Según una forma de realización adicional, la longitud de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica es de entre el 10% y el 20%, en particular entre el 12% y el 17%, de manera adicionalmente particular de aproximadamente el 15%, de la altura de la etapa de cohete recuperable.
Según una forma de realización adicional, el cohete presenta una altura comprendida entre 10 m y 30 m, en particular entre 12 m y 25 m, de manera adicionalmente particular entre 15 m y 20 m.
Según una forma de realización adicional, el cohete multietapa está configurado para transportar una carga útil de entre 50 kg y 300 kg al espacio. Para esta carga útil de masa comparativamente baja, la utilización de una etapa de cohete recuperable es particularmente beneficiosa. Las formas de realización a modo de ejemplo de la invención incluyen además una estructura de soporte entre etapas para acoplar una primera etapa de cohete a una segunda etapa de cohete en un cohete, comprendiendo la estructura de soporte entre etapas un anillo de soporte, que presenta una forma exterior generalmente cilíndrica; y una pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica, formando la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica extensiones longitudinales de la forma exterior generalmente cilíndrica del anillo de soporte en sus posiciones de lanzamiento y pudiendo inclinarse con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del anillo de soporte.
En la reivindicación 12, se divulga un método para lanzar un cohete multietapa.
Según una forma de realización adicional, el método comprende además desacoplar la etapa de cohete recuperable a partir de una etapa de cohete adicional; e inclinar la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete para reorientar la etapa de cohete recuperable. El desacoplamiento y la inclinación de la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica pueden llevarse a cabo posteriormente en cualquier orden o sustancialmente al mismo tiempo. También es posible que el desacoplamiento y la inclinación puedan formar parte de un procedimiento organizado para separar y alejar la etapa de cohete recuperable y la etapa de cohete adicional. En particular, la inclinación de la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede llevarse a cabo antes de la ignición de la etapa de cohete adicional. De manera adicionalmente particular, la reorientación puede inducirse mediante la pluma de motor de la etapa de cohete adicional. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede contribuir a la prevención de un giro descontrolado de la etapa de cohete recuperable. Para reorientar la etapa de cohete recuperable, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede inclinarse formando un ángulo de inclinación de reorientación con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete.
Según una forma de realización adicional, el método comprende además inclinar la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete para ralentizar la etapa de cohete recuperable durante la reentrada. La expresión de ralentizar la etapa de cohete recuperable durante la reentrada no requiere que la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica esté inclinada en todo momento durante la caída hacia la Tierra. Tampoco se requiere que la etapa de cohete recuperable caiga a través de todas las capas de la atmósfera. Por ejemplo, la etapa de cohete recuperable puede consumirse a alturas de entre 60 km y 100 km. Para ralentizar la etapa de cohete recuperable durante la reentrada, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica puede inclinarse formando un ángulo de inclinación de reentrada con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete. Este ángulo de inclinación de reentrada puede ser igual o diferente con respecto al ángulo de inclinación de reorientación, comentado anteriormente. También es posible que la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica adopte diversos ángulos de inclinación de reentrada diferentes, dependiendo de la altura actual y/u otros parámetros de vuelo momentáneos.
Se describirán formas de a modo de ejemplo adicionales con respecto a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra una etapa de cohete recuperable según una realización a modo de ejemplo de la invención en una vista en perspectiva;
la figura 2 muestra un cohete multietapa, que presenta la etapa de cohete recuperable de la figura 1, en una vista lateral en despiece ordenado;
la figura 3 ilustra el funcionamiento del cohete multietapa de la figura 2, incluyendo el funcionamiento de la etapa de cohete recuperable de la figura 1, durante diversas fases de lanzamiento y retorno en una vista en perspectiva;
la figura 4 muestra diversas configuraciones de funcionamiento de la etapa de cohete recuperable de la figura 1 en una vista en perspectiva;
la figura 5 muestra diversas formas de realización de un conjunto de accionador, que pueden utilizarse en una etapa de cohete recuperable según formas de realización ejemplificativas de la invención, en una vista lateral;
la figura 6 muestra una configuración de funcionamiento adicional de la etapa de cohete recuperable de la figura 1, tanto en una vista en perspectiva como en una vista desde arriba; y
la figura 7 muestra una etapa de cohete recuperable según una forma de realización ejemplificativa de la invención con un paracaídas desplegado en una vista lateral.
La figura 1 muestra una etapa de cohete recuperable 2 según una forma de realización ejemplificativa de la invención en una vista en perspectiva desde arriba. La etapa de cohete recuperable 2 presenta un conjunto de depósito de propelente de cohete cilíndrico 4 y seis motores 6. El conjunto de depósito de propelente de cohete 4 presenta un depósito de combustible y un depósito de oxígeno. En la forma de realización ejemplificativa de la figura 1, la etapa de cohete recuperable 2 está configurada para funcionar con propano como combustible. El depósito de combustible está configurado para almacenar propano líquido y el depósito de oxígeno está configurado para almacenar oxígeno líquido. Cada uno de los seis motores 6 está en comunicación fluídica tanto con el depósito de oxígeno como con el depósito de combustible. En cada uno de los seis motores 6, se produce
la combustión de combustible y se expulsan los gases de escape a través de una boquilla respectiva. En la forma de realización ejemplificativa de la figura 1, los seis motores pueden controlarse de manera individual, en particular pueden orientarse de manera individual. Puede elegirse una dirección deseada de la propulsión eficaz de los seis motores, con el fin de dirigir el cohete de una manera deseada, cuando se propulsa por la etapa de cohete recuperable 2.
La etapa de cohete recuperable 2 comprende además un anillo de soporte 22. El anillo de soporte 22 es un cilindro hueco que descansa encima del conjunto de depósito de propelente de cohete 4. El anillo de soporte 22 extiende la forma exterior cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete 4 hacia arriba. El anillo de soporte 22 también puede denominarse falda del conjunto de depósito de propelente de cohete 4.
La etapa de cohete recuperable 2 comprende además cuatro elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8. Los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica están unidos al anillo de soporte 22. En particular, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 están unidos al anillo de soporte 22 mediante unas bisagras 12. Para cada uno de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8, se proporciona una respectiva bisagra 12. Las bisagras 12 permiten la rotación de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 alrededor de los ejes de bisagra respectivos.
Los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 están acoplados al conjunto de depósito de propelente de cohete 4 mediante el anillo de soporte 22. Los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 pueden inclinarse con respecto a la forma exterior cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete 4. En particular, la rotación de un elemento aumentador de la resistencia aerodinámica 8 alrededor de una bisagra 12 da como resultado una inclinación con respecto a la forma exterior cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete 4.
Los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 presentan la forma de partes de cubierta cilíndrica. Dicho de otro modo, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 presentan formas que corresponden a partes recortadas de un cilindro hueco. En la forma de realización a modo de ejemplo de la figura 1, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica presentan cuatro bordes, siendo los bordes superior e inferior partes de arco circular y siendo los bordes izquierdo y derecho bordes rectos paralelos. Las superficies exteriores de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 son superficies continuas y son partes de una superficie cilíndrica.
Cada uno de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 puede moverse entre una posición de lanzamiento y una o más posiciones inclinadas. En la figura 1, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 se representan en posiciones inclinadas. En particular, en las posiciones inclinadas de la figura 1, las direcciones de extensión longitudinal de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 presentan un ángulo comprendido entre 70° y 80° con respecto a la forma exterior cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete 4.
En sus posiciones de lanzamiento, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 forman extensiones longitudinales de la forma exterior cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete 4. Cuando la etapa de cohete recuperable 2 está orientada verticalmente, tal como antes del lanzamiento del cohete, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 están en una orientación erguida en sus posiciones de lanzamiento. Las superficies exteriores de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8, que son partes de una superficie cilíndrica, extienden la superficie exterior cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete 4 hacia arriba. En la forma de realización ejemplificativa de la figura 1, los cuatro elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 forman conjuntamente un cilindro hueco, cuando están en sus posiciones de lanzamiento. En particular, los cuatro elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 forman una envoltura cilíndrica que extiende el conjunto de depósito de propelente de cohete 4 y el anillo de soporte 22. Puede considerarse que los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 presentan la forma de secciones de un cuarto de tubería.
La etapa de cohete recuperable 2 comprende además un conjunto de accionador 10. El conjunto de accionador 10 está configurado para mover los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 entre sus posiciones de lanzamiento y sus posiciones inclinadas. El conjunto de accionador 10 comprende las cuatro bisagras 12, comentadas anteriormente, y cuatro accionadores de inclinación 14. Cada uno de los accionadores de inclinación 14 está dispuesto entre un vástago central 20 y un elemento de soporte 18 respectivo, dispuesto sobre el respectivo elemento aumentador de la resistencia aerodinámica 8. Los elementos de soporte 18 se proporcionan para propagar las fuerzas de inclinación, tal como se ejercen por los accionadores de inclinación 14, a lo largo de un área más grande de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8. Además, los elementos de soporte 18 proporcionan soporte estructural a los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 en funcionamiento. El vástago central 20 es un vástago de empuje, configurado para separar la etapa de cohete recuperable 2 y una etapa de cohete adicional mediante empuje después de consumir la etapa de cohete recuperable 2. Por tanto, el vástago central 20 puede presentar el propósito doble de ayudar a la separación mecánica de la etapa de cohete recuperable 2 y una etapa de cohete adicional y de proporcionar una estructura
de soporte mecánica para los accionadores de inclinación 14.
El conjunto de accionador 10 comprende además cuatro accionadores de cabeceo 16. Cada uno de los cuatro accionadores de cabeceo 16 está asociado con uno de los cuatro elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8. Los accionadores de cabeceo 16 están configurados para hacer girar los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 alrededor de sus ejes longitudinales. La rotación alrededor de los ejes longitudinales también se denomina basculamiento de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8. Mediante este basculamiento, puede adaptarse el cabeceo de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica. En la figura 1, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 se representan en un estado no basculado.
La figura 2 muestra un cohete multietapa 100 que comprende una etapa de cohete recuperable 2, que es la etapa de cohete primaria del cohete multietapa 100, y una etapa de cohete adicional 50, que es la etapa de cohete secundaria del cohete multietapa 100, en una vista lateral en despiece ordenado. La etapa de cohete recuperable 2 del cohete multietapa 100 de la figura 1 es la etapa de cohete recuperable 2 de la figura 1. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 están en sus posiciones de lanzamiento, de tal manera que forman un cilindro hueco encima del conjunto de depósito de propelente de cohete 4 de la etapa de cohete recuperable 2.
La etapa de cohete adicional 50 comprende un conjunto de depósito de propelente de cohete 54, un motor 56 y un carenado 60. El carenado 60 puede separarse del conjunto de depósito de propelente de cohete 54. El objeto que va a transportarse al espacio está dispuesto entre el conjunto de depósito de propelente de cohete 54 de la etapa de cohete adicional 50 y el carenado 60. En la forma de realización a modo de ejemplo de la figura 2, el objeto que va a transportarse al espacio es un satélite pequeño 58.
Aunque se muestra en una vista en despiece ordenado, se entiende que los componentes del cohete multietapa 100 están unidos entre sí para el inicio. Cuando se unen los componentes, el motor 56 de la etapa de cohete adicional 50 está rodeado por la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 en sus posiciones de lanzamiento. La pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 proporcionan un acoplamiento del conjunto de depósito de propelente de cohete 4 de la etapa de cohete recuperable 2 y el conjunto de depósito de propelente de cohete 54 de la etapa de cohete adicional 50. Por tanto, la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 forman una estructura de soporte entre etapas. La forma cilíndrica, proporcionada de manera conjunta por los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8, se integra en la forma cilíndrica global del cohete multietapa 100.
La figura 3 ilustra el funcionamiento del cohete multietapa 100 de la figura 2, incluyendo el funcionamiento de la etapa de cohete recuperable 2 de la figura 1, durante diversas fases de lanzamiento y retorno en una vista en perspectiva.
La figura 3A muestra el cohete multietapa 100 poco después del despegue. La etapa de cohete recuperable 2 y la etapa de cohete adicional 50 están unidas entre sí. El cohete multietapa 100 es una estructura integrada. Dado que el motor de la etapa de cohete adicional 50 está contenido en el cilindro hueco, formado por los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 de la etapa de cohete recuperable 2 , la etapa de cohete recuperable 2 y la etapa de cohete adicional 50 se solapan en la dimensión longitudinal del cohete multietapa 100. El cohete multietapa 100 se muestra en una orientación ligeramente ladeada en la figura 3A, lo cual indica que el cohete multietapa 100 ha salido de la fase de lanzamiento vertical inicial y ha entrado en su viraje por gravedad.
La figura 3B muestra la etapa de cohete recuperable 2 y la etapa de cohete adicional 50 poco después de la separación. En particular, la figura 3B muestra la etapa de cohete recuperable 2 y la etapa de cohete adicional 50, después de haberse desacoplado los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 a partir de la etapa de cohete adicional 50 y haber pasado de sus posiciones de lanzamiento a las posiciones inclinadas. Los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 se muestran después de haberse abierto de una manera de tipo pétalo, permitiendo que el motor de la etapa de cohete adicional 50 se mueva libremente desde la etapa de cohete recuperable 2. Además, la etapa de cohete recuperable 2 y la etapa de cohete adicional 50 se muestran después de que el vástago central, descrito anteriormente con respecto a la figura 1, haya proporcionado a la etapa de cohete adicional 50 un empuje alejándola de la etapa de cohete recuperable 2. De esta manera, se crea una distancia inicial entre la etapa de cohete recuperable 2 y la etapa de cohete adicional 50, antes de la ignición de la etapa de cohete adicional 50. Tal como puede observarse en la figura 3B, la etapa de cohete recuperable 2 y la etapa de cohete adicional 50 todavía están sustancialmente alineadas poco después de la separación.
Después de haberse separado de la etapa de cohete recuperable 2, se produce la ignición de la etapa de cohete adicional 50. La pluma de motor de la etapa de cohete adicional 50 golpea la etapa de cohete recuperable 2, en particular los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 de la misma, y provoca que la etapa de cohete recuperable 2 del retorno. Aunque todavía sigue generalmente su trayectoria anterior, la etapa de cohete recuperable 2 está reorientándose mediante dicho volteo. En particular, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 inclinados ayudan a orientar la etapa de cohete recuperable 2 de tal manera que los
motores 6 están en la parte delantera de la etapa de cohete recuperable 2 y que los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 están en la parte trasera de la etapa de cohete recuperable 2. La etapa de cohete recuperable 2 reorientada se representa en la figura 3C, con el sentido de desplazamiento indicado mediante una flecha que apunta hacia arriba.
Sin ningún empuje adicional, la etapa de cohete recuperable 2 alcanza su apogeo y comienza a caer de vuelta a la Tierra. La caída a través de la atmósfera se denomina generalmente reentrada en la presente memoria, independientemente de si se atraviesan todas las capas de la atmósfera o solo un subconjunto. Estando los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 inclinados con respecto al conjunto de depósito de propelente de cohete 4, la etapa de cohete recuperable 2 comienza a caer con los motores 6 hacia delante. Esta situación se representa en la figura 3D, indicándose el sentido de desplazamiento mediante una flecha que punta hacia abajo.
Durante la caída a través de la atmósfera, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 proporcionan una ralentización particularmente eficiente de la etapa de cohete recuperable 2. En particular, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 pueden contrarrestar la gravedad de la Tierra de una manera eficiente. De esta manera, puede lograrse un perfil de velocidad beneficioso durante la caída.
La figura 3E muestra la etapa de cohete recuperable 2 durante las etapas finales de la caída, es decir, durante el descenso final hacia la Tierra. Los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 están inclinados formando un ángulo de casi 90° con respecto a la forma exterior cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete 4. De esta manera, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica proporcionan una fuerte desaceleración antes del impacto sobre el suelo, por ejemplo, antes de la entrada en agua.
La figura 4 muestra diversas configuraciones de funcionamiento de la etapa de cohete recuperable 2 de la figura 1 en una vista en perspectiva. En particular, la etapa de cohete recuperable 2 se muestra en diversas configuraciones de funcionamiento en una vista en perspectiva desde arriba, que proporciona una vista detallada de las diferentes posiciones de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8. En la figura 4A, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 están en sus posiciones de lanzamiento, formando de manera conjunta una envoltura cilíndrica que extiende la forma exterior cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete 4. En la figura 4B, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 están en una posición inclinada. En particular, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 están inclinados formando un ángulo de aproximadamente 20° con respecto a la forma exterior cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete 4. Este ángulo de inclinación puede ser adecuado para la apertura inicial del elemento aumentador de la resistencia aerodinámica durante el desacoplamiento de la etapa de cohete recuperable 2 a partir de una etapa de cohete adicional y/o para la ralentización de la etapa de cohete recuperable 2 durante la reentrada. En la figura 4C, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 están inclinados formando un ángulo de aproximadamente 60° con respecto a la forma exterior cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete 4. En la figura 4D, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 están inclinados formando un ángulo de aproximadamente 90° con respecto a la forma exterior cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete 4. Los ángulos de inclinación de las figuras 4C y 4D pueden ser adecuados para las etapas finales del descenso hacia la Tierra.
La figura 5 muestra diversas formas de realización de un conjunto de accionador 10, que pueden utilizarse en una etapa de cohete recuperable 2 según realizaciones a modo de ejemplo de la invención, en una vista lateral. En la realización de la figura 5A, el conjunto de accionador 10 presenta cuatro accionadores de inclinación 14, de los cuales se muestran tres en la dirección de visualización de la figura 5A. Los accionadores de inclinación 14 están dispuestos longitudinalmente en el sistema de coordenadas del conjunto de depósito de propelente de cohete 4. Interaccionan con los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 en sus superficies exteriores. En la realización de la figura 5B, el conjunto de accionador 10 presenta cuatro accionadores de inclinación 14, de los cuales se muestran tres en la dirección de visualización de la figura 5B. Los accionadores de inclinación 14 están dispuestos de manera generalmente radial en el sistema de coordenadas del conjunto de depósito de propelente de cohete 4. Están dispuestos en el interior de los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 e interaccionan con los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 en sus superficies interiores. En la realización de la figura 5C, el conjunto de accionador 10 presenta un accionador de inclinación 14. El accionador de inclinación 14 está dispuesto longitudinalmente en el sistema de coordenadas del conjunto de depósito de propelente de cohete 4. Proporciona un accionamiento longitudinal, que se traduce en una acción de inclinación mediante vástagos de conexión entre el accionador de inclinación 14 y la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8. Se entiende que los conjuntos de accionador 10 de la figura 5 son a modo de ejemplo y que puede utilizarse cualquier conjunto de accionador adecuado.
La figura 6 muestra una configuración de funcionamiento adicional de la etapa de cohete recuperable 2 de la figura 1, tanto en una vista en perspectiva, representada a la izquierda en la figura 6, como en una vista desde arriba, representada a la derecha en la figura 6. Los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 están inclinados con respecto a la forma exterior cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete 4 formando un ángulo similar al ángulo de la figura 1. Además de estar inclinados, los elementos aumentadores de la
resistencia aerodinámica 8 también se basculan alrededor de sus ejes longitudinales. En particular, los cuatro elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 basculan aproximadamente 20° en el sentido de las agujas del reloj. Por tanto, los elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica 8 pueden conferir un momento angular sobre la etapa de cohete recuperable 2 durante el descenso y pueden ralentizar la etapa de cohete recuperable 2 aún más.
La figura 7 muestra una etapa de cohete recuperable 2 según una realización a modo de ejemplo de la invención con un paracaídas 24 desplegado en una vista lateral. El paracaídas 24 desplegado forma parte de un sistema de paracaídas que comprende el paracaídas 24 y un mecanismo de accionamiento. El paracaídas 24 es otro medio para lograr una velocidad particularmente lenta durante el descenso final de la etapa de cohete recuperable 2 , permitiendo un aterrizaje de bajo impacto de la etapa de cohete recuperable 2.
Se pretende que la invención no se limite a la forma de realización particular divulgada, sino que la invención incluirá todas las formas de realización que se encuentren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (14)
1. Cohete multietapa (100), que comprende una etapa de cohete recuperable (2) para propulsar un cohete (100) hacia el espacio, comprendiendo la etapa de cohete recuperable (2 ):
un conjunto de depósito de propelente de cohete (4) que presenta una forma exterior generalmente cilíndrica,
por lo menos un motor (6), acoplado al conjunto de depósito de propelente de cohete (4), y
una pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8),
en el que la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) forman unas extensiones longitudinales de la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete (4), formando conjuntamente un cilindro hueco o formando conjuntamente una estructura anular cerrada, en sus posiciones de lanzamiento, y pueden inclinarse con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete (4) para el retorno de la etapa de cohete recuperable (2) a la Tierra, y
la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) son unos elementos de conexión estructurales entre la etapa de cohete recuperable (2) y una etapa de cohete adicional (50).
2. Cohete multietapa (100) según la reivindicación 1, en el que la etapa de cohete recuperable (2) comprende asimismo:
un conjunto de accionador (10) configurado para inclinar la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete (4).
3. Cohete multietapa (100) según la reivindicación 2, en el que el conjunto de accionador (10) comprende, para cada uno de entre la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8), una bisagra (12 ), que acopla un primer extremo del respectivo elemento aumentador de la resistencia aerodinámica (8) al conjunto de depósito de propelente de cohete (4), y un accionador (14) para hacer girar el respectivo elemento aumentador de la resistencia aerodinámica (8) alrededor de la bisagra (12 ).
4. Cohete multietapa (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) comprenden entre 2 y 8 elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica, en particular entre 3 y 6 elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica, además en particular 4 elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica.
5. Cohete multietapa (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) son partes de envoltura cilíndrica.
6. Cohete multietapa (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) forman conjuntamente una envoltura cilíndrica en sus posiciones de lanzamiento.
7. Cohete multietapa (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada uno de entre la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) presenta una superficie exterior continua.
8. Cohete multietapa (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) forman por lo menos parte de una estructura de soporte entre etapas.
9. Cohete multietapa (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho por lo menos un motor (6) de la etapa de cohete recuperable (2 ) está dispuesto sobre una primera parte de extremo del conjunto de depósito de propelente de cohete (4) de la etapa de cohete recuperable (2) y en el que la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) están dispuestos sobre una segunda parte de extremo del conjunto de depósito de propelente de cohete (4), opuesta a la primera parte de extremo.
10. Cohete multietapa (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que presenta por lo menos una de las siguientes características:
(i) la etapa de cohete recuperable (2 ) comprende un sistema de paracaídas,
(ii) uno o más de dicho por lo menos un motor (6) de la etapa de cohete recuperable (2 ) pueden volver a arrancarse.
11. Cohete multietapa (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) pueden hacerse girar alrededor de sus ejes longitudinales para controlar la rotación de la etapa de cohete recuperable (2 ) alrededor de su eje longitudinal.
12. Método para lanzar un cohete multietapa (100) y para retornar una etapa de cohete recuperable (2) del cohete multietapa (100) a la Tierra, en el que la etapa de cohete recuperable (2) comprende una pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8), comprendiendo el método:
lanzar el cohete multietapa (100), formando la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) unas extensiones longitudinales de una forma exterior generalmente cilíndrica de un conjunto de depósito de propelente de cohete (4) de la etapa de cohete recuperable (2), formando conjuntamente la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) un cilindro hueco o formando conjuntamente una estructura anular cerrada, y formando la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) unos elementos de conexión estructurales entre la etapa de cohete recuperable (2) y una etapa de cohete adicional (50), y
retornar la etapa de cohete recuperable (2) a la Tierra, estando la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) inclinados con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete (4).
13. Método según la reivindicación 12, que comprende asimismo:
desacoplar la etapa de cohete recuperable (2) de la etapa de cohete adicional (50), e
inclinar la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete (4) para reorientar la etapa de cohete recuperable (2 ).
14. Método según la reivindicación 12 o 13, que comprende asimismo:
inclinar la pluralidad de elementos aumentadores de la resistencia aerodinámica (8) con respecto a la forma exterior generalmente cilíndrica del conjunto de depósito de propelente de cohete (4) para ralentizar la etapa de cohete recuperable (2 ) durante la reentrada.
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