TSTO

Un vehículo TSTO es un sistema de lanzamiento que alcanza la velocidad orbital utilizando dos etapas propulsoras distintas, cada una encendiéndose en secuencia y luego separándose. La primera etapa se enciende en tierra, quema hasta que su combustible se agota y luego se desprende. La segunda etapa se enciende en la atmósfera superior o cerca del espacio y acelera la carga útil a la velocidad orbital, aproximadamente 7.8 kilómetros por segundo a la altitud de la órbita terrestre baja. Este diseño de dos pasos contrasta con los conceptos de una sola etapa a órbita (SSTO), que intentan todo el trabajo con un solo paquete de motor, o con los sistemas de tres etapas utilizados para cargas útiles más pesadas o misiones lunares.

El atractivo de la arquitectura TSTO es la practicidad de la ingeniería. Al desprenderse de la primera etapa una vez que ha hecho su trabajo, el vehículo pierde masa, y la segunda etapa necesita menos combustible para terminar el trabajo de lo que una sola etapa necesitaría para transportar su propio peso muerto hasta arriba. La mayoría de los cohetes orbitales operativos en uso hoy en día son TSTO o derivados de TSTO: el Orbitador del Transbordador Espacial viajaba sobre dos propulsores de cohetes sólidos y un tanque externo (un enfoque híbrido), el Falcon 9 de SpaceX es TSTO, y vehículos más antiguos como los sistemas del Motor Principal del Transbordador Espacial (SSME) utilizaban principios TSTO.

Mecánica de etapas y separación

La interfaz entre las etapas es crítica. Abrazaderas mecánicas o pernos explosivos mantienen las etapas unidas durante el encendido de la primera etapa. Una vez que el motor de la primera etapa se apaga, los sensores confirman que la segunda etapa ha logrado una actitud estable y una secuencia de encendido redundante. Los pernos se disparan, los motores de separación accionados por resorte empujan las etapas, y el motor de la segunda etapa se enciende. Si la separación es tardía o asimétrica, la segunda etapa en ascenso puede golpear a la primera etapa en caída. Si el encendido no ocurre dentro de la ventana de separación, la segunda etapa cae con la primera etapa o se precipita al océano.

En mantenimiento y preparación, los vehículos TSTO requieren una verificación por etapas: los motores y sistemas de combustible de la primera etapa se verifican de forma independiente, luego se verifican los motores y la aviónica de la segunda etapa, y finalmente se prueban los sistemas integrados. Fugas, fallas de sensores o atascamiento de válvulas en cualquiera de las etapas pueden retrasar el lanzamiento. El mecanismo de separación en sí es un punto de inspección frecuente, ya que los pernos atascados o los contactos corroídos en los sensores de separación han causado fallas en el vuelo.

El término TSTO surgió en la década de 1960 cuando los ingenieros aeroespaciales modelaron diferentes rutas a la órbita. Sigue siendo estándar en la especificación y adquisición de vehículos de lanzamiento porque describe una elección arquitectónica fundamental que impulsa el costo, el riesgo y el rendimiento. Un vehículo TSTO nunca será tan simple como un SSTO teórico, pero tampoco requerirá los materiales exóticos o las densidades de combustible que exigen los esquemas SSTO.