Boeing X-37

El Boeing X-37, también conocido como Vehículo de Prueba Orbital (OTV), es una nave espacial robótica reutilizable. Es impulsado al espacio por un vehículo de lanzamiento, luego vuelve a entrar en la atmósfera de la Tierra y aterriza como un avión espacial. El X-37 es operado por la Oficina de Capacidades Rápidas del Departamento de la Fuerza Aérea, en colaboración con la Fuerza Espacial de los Estados Unidos, para misiones de vuelos espaciales orbitales destinadas a demostrar tecnologías espaciales reutilizables. Es un derivado a escala del 120 por ciento del anterior Boeing X-40. El X-37 comenzó como un proyecto de la NASA en 1999, antes de ser transferido al Departamento de Defensa de los Estados Unidos en 2004. Hasta 2019, el programa estuvo administrado por el Comando Espacial de la Fuerza Aérea.

Un X-37 voló por primera vez durante una prueba de caída en 2006; su primera misión orbital se lanzó en abril de 2010 en un cohete Atlas V y regresó a la Tierra en diciembre de 2010. Los vuelos posteriores ampliaron gradualmente la duración de la misión, alcanzando los 780 días en órbita para la quinta misión, la primera en lanzarse en un cohete Falcon 9.. La sexta misión se lanzó a bordo de un Atlas V el 17 de mayo de 2020 y concluyó el 12 de noviembre de 2022, alcanzando un total de 908 días en órbita. La séptima misión se lanzó el 28 de diciembre de 2023 en un cohete Falcon Heavy para volar en nuevos regímenes orbitales.

Desarrollo

Orígenes

En 1999, la NASA seleccionó a Boeing Integrated Defense Systems para diseñar y desarrollar un vehículo orbital, construido por la sucursal de California de Boeing Phantom Works. Durante un período de cuatro años, se gastó un total de 192 millones de dólares en el proyecto, de los cuales la NASA contribuyó con 109 millones de dólares, la Fuerza Aérea de los EE. UU. con 16 millones de dólares y Boeing con 67 millones de dólares. A finales de 2002, se adjudicó a Boeing un nuevo contrato de 301 millones de dólares como parte del marco de la Iniciativa de Lanzamiento Espacial de la NASA.

El diseño aerodinámico del X-37 se derivó del orbitador del transbordador espacial más grande, por lo que el X-37 tiene una relación de elevación y resistencia similar y un rango transversal más bajo a mayores altitudes y números de Mach en comparación con DARPA&# Vehículo de tecnología hipersónica de 39;s. Uno de los primeros requisitos de la nave espacial requería una misión delta-v total de 7.000 millas por hora (3,1 km/s) para maniobras orbitales. Uno de los primeros objetivos del programa era que el X-37 se encontrara con satélites y realizara reparaciones. El X-37 fue diseñado originalmente para ser puesto en órbita en la bahía de carga del transbordador espacial, pero fue rediseñado para su lanzamiento en un cohete Delta IV o similar después de que se determinó que un vuelo del transbordador no sería económico.

El X-37 fue transferido de la NASA a la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) el 13 de septiembre de 2004. A partir de entonces, el programa se convirtió en un proyecto clasificado. DARPA promovió el X-37 como parte de la política espacial independiente que el Departamento de Defensa de los Estados Unidos ha seguido desde el desastre del Challenger de 1986.

Prueba de planeo

El vehículo X-37A que se utilizó como planeador de prueba de caída atmosférica no tenía sistema de propulsión. En lugar de las puertas del compartimento de carga útil de un vehículo operativo, tenía una estructura de fuselaje superior cerrada y reforzada para permitir su acoplamiento con una nave nodriza. En septiembre de 2004, DARPA anunció que para sus pruebas iniciales de caída atmosférica, el X-37A se lanzaría desde el Scaled Composites White Knight, un avión de investigación de gran altitud.

El 21 de junio de 2005, el X-37A completó un vuelo cautivo debajo del White Knight desde el puerto espacial de Mojave en Mojave, California. Durante la segunda mitad de 2005, el X-37A experimentó mejoras estructurales, incluido el refuerzo de los soportes de las ruedas de morro. El debut público del X-37A para su primer vuelo libre, previsto para el 10 de marzo de 2006, fue cancelado debido a una tormenta ártica. El siguiente intento de vuelo, el 15 de marzo de 2006, fue cancelado debido a los fuertes vientos.

El 24 de marzo de 2006, el X-37A voló de nuevo, pero una falla en el enlace de datos impidió un vuelo libre y el vehículo regresó a tierra todavía unido a su avión portaaviones White Knight. El 7 de abril de 2006, el X-37A realizó su primer vuelo en planeo libre. Durante el aterrizaje, el vehículo se salió de la pista y sufrió daños menores. Tras el prolongado tiempo de inactividad del vehículo para reparaciones, el programa se trasladó de Mojave a la Planta 42 de la Fuerza Aérea (KPMD) en Palmdale, California, para el resto del programa de pruebas de vuelo. White Knight continuó con su base en Mojave, aunque fue transportado a la Planta 42 cuando se programaron vuelos de prueba. Se realizaron cinco vuelos adicionales, dos de los cuales resultaron en lanzamientos del X-37 con aterrizajes exitosos. Estos dos vuelos gratuitos se produjeron el 18 de agosto de 2006 y el 26 de septiembre de 2006.

Vehículo de pruebas orbital X-37B

El 17 de noviembre de 2006, la Fuerza Aérea de Estados Unidos anunció que desarrollaría su propia variante del X-37A de la NASA. La versión de la Fuerza Aérea fue designada Vehículo de prueba orbital (OTV) X-37B. El programa OTV se basó en esfuerzos anteriores de la industria y el gobierno de DARPA, la NASA y la Fuerza Aérea bajo el liderazgo de la Oficina de Capacidades Rápidas de la Fuerza Aérea en asociación con la NASA y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea. Boeing fue el contratista principal del programa OTV. El X-37B fue diseñado para permanecer en órbita hasta 270 días seguidos. El Secretario de la Fuerza Aérea declaró que el programa OTV se centraría en "la reducción de riesgos, la experimentación y el desarrollo de conceptos operativos para tecnologías de vehículos espaciales reutilizables, en apoyo de objetivos espaciales de desarrollo a largo plazo".

El X-37B estaba originalmente programado para su lanzamiento en el compartimiento de carga útil del transbordador espacial, pero luego del desastre del transbordador espacial Columbia, fue transferido a un Delta II 7920. Posteriormente, el X-37B fue transferido a una configuración cubierta en el cohete Atlas V, tras las preocupaciones sobre las propiedades aerodinámicas de la nave espacial descubierta durante el lanzamiento. Después de sus misiones, la nave espacial X-37B aterriza principalmente en una pista de aterrizaje en la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg, California, con la Base de la Fuerza Aérea Edwards como sitio secundario. En 2010, comenzaron los trabajos de fabricación del segundo X-37B, que realizó su primera misión en marzo de 2011.

El 8 de octubre de 2014, la NASA confirmó que los vehículos X-37B se alojarían en el Centro Espacial Kennedy en las Instalaciones de Procesamiento del Orbitador (OPF) 1 y 2, hangares anteriormente ocupados por el Transbordador Espacial. Boeing había dicho que los aviones espaciales usarían OPF-1 en enero de 2014, y la Fuerza Aérea había dicho anteriormente que estaba considerando consolidar las operaciones del X-37B, ubicado en la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg en California, más cerca de su sitio de lanzamiento en Cabo Cañaveral. La NASA también afirmó que el programa había completado las pruebas para determinar si el X-37B, un cuarto del tamaño del transbordador espacial, podría aterrizar en las antiguas pistas del transbordador. Además, la NASA afirmó que las renovaciones de los dos hangares estarían terminadas a finales de 2014; Las puertas principales del OPF-1 estaban marcadas con el mensaje "Hogar del X-37B" por este punto.

La mayoría de las actividades del proyecto X-37B son secretas. La declaración oficial de la Fuerza Aérea es que el proyecto es "un programa de prueba experimental para demostrar tecnologías para una plataforma de prueba espacial no tripulada, reutilizable y confiable para la Fuerza Aérea de los EE. UU.". Los objetivos principales del X-37B son dos: tecnología de nave espacial reutilizable y experimentos operativos que puedan devolverse a la Tierra. La Fuerza Aérea afirma que esto incluye pruebas de aviónica, sistemas de vuelo, guía y navegación, protección térmica, aislamiento, propulsión y sistemas de reentrada.

Especulación sobre el propósito

En mayo de 2010, Tom Burghardt especuló en el Space Daily que el X-37B podría usarse como satélite espía o para transportar armas desde el espacio. Posteriormente, el Pentágono negó las afirmaciones de que las misiones de prueba del X-37B apoyaban el desarrollo de armas espaciales.

En enero de 2012, se hicieron acusaciones de que el X-37B estaba siendo utilizado para espiar el módulo de la estación espacial Tiangong-1 de China. Brian Weeden, ex analista orbital de la Fuerza Aérea de Estados Unidos, rechazó más tarde esta afirmación, enfatizando que las diferentes órbitas de las dos naves espaciales impedían cualquier sobrevuelo práctico de vigilancia.

En octubre de 2014, The Guardian informó sobre las afirmaciones de expertos en seguridad de que el X-37B se estaba utilizando "para probar sensores de reconocimiento y espionaje, en particular cómo resisten la radiación y otros peligros de la órbita".

En noviembre de 2016, el International Business Times especuló que el gobierno de Estados Unidos estaba probando una versión del propulsor de microondas electromagnético EmDrive en el cuarto vuelo del X-37B. En 2009, se firmó un contrato de transferencia de tecnología EmDrive con Boeing a través de una TAA del Departamento de Estado y una licencia de exportación del Reino Unido, aprobada por el Ministerio de Defensa del Reino Unido. Desde entonces, Boeing ha declarado que ya no se dedica a esta área de investigación. La Fuerza Aérea de EE. UU. ha declarado que el X-37B está probando un sistema de propulsión de efecto Hall para Aerojet Rocketdyne.

En julio de 2019, la exsecretaria de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, Heather Wilson, explicó que cuando un X-37B estaba en una órbita elíptica podía, en el perigeo, utilizar la fina atmósfera para realizar un cambio de órbita que impidiera a algunos observadores descubrir el nueva órbita por un tiempo, permitiendo actividades secretas.

El astrónomo Jonathan McDowell, editor de Jonathan's Space Report, ha declarado que los satélites lanzados desde el X-37B no fueron informados, como exige el Convenio de Registro, a la Oficina de las Naciones Unidas para Asuntos del Espacio Ultraterrestre para que otras partes de la convención no los supieran.

Procesamiento

El procesamiento del X-37 se lleva a cabo dentro de las Bahías 1 y 2 de la Instalación de Procesamiento del Orbitador (OPF) en el Centro Espacial Kennedy en Florida, donde el vehículo se carga con su carga útil. Luego, el X-37 se coloca dentro de un carenado junto con su adaptador de escenario y se transporta al sitio de lanzamiento. Los sitios de lanzamiento anteriores incluyeron el SLC-41 y el Centro Espacial Kennedy LC-39A.

El aterrizaje se realiza en uno de tres sitios en los EE. UU.: la instalación de aterrizaje del transbordador en el Centro Espacial Kennedy, la Base de la Fuerza Espacial Vandenberg o la Base de la Fuerza Aérea Edwards. Para regresar al Centro Espacial Kennedy, el X-37 se coloca en un recipiente de carga útil y se carga en un avión de carga Boeing C-17. Una vez en Kennedy, el X-37 se descarga y se remolca al OPF, donde se prepara para su próximo vuelo. Los técnicos deben usar trajes de protección debido a los gases hipergólicos tóxicos.

Diseño

El vehículo de prueba orbital X-37 es un avión espacial robótico reutilizable. Es un derivado a escala de aproximadamente el 120 por ciento del Boeing X-40, mide más de 29 pies (8,8 m) de largo y presenta dos aletas traseras en ángulo. El X-37 se lanza sobre un cohete Atlas V 501 o un SpaceX Falcon 9 o Falcon Heavy. El avión espacial está diseñado para operar a una velocidad de hasta Mach 25 en su reentrada.

Las tecnologías demostradas en el X-37 incluyen un sistema de protección térmica mejorado, aviónica mejorada, un sistema de guía autónomo y un fuselaje avanzado. El sistema de protección térmica del avión espacial se basa en generaciones anteriores de naves espaciales de reentrada atmosférica, incorporando baldosas de cerámica de sílice. Boeing utilizó la aviónica del X-37 para desarrollar su nave espacial tripulada CST-100. El desarrollo del X-37 tenía como objetivo "ayudar en el diseño y desarrollo del avión espacial orbital de la NASA, diseñado para proporcionar capacidad de rescate y transporte de tripulaciones hacia y desde la Estación Espacial Internacional". según una hoja informativa de la NASA.

El X-37 de la NASA iba a estar propulsado por un motor Aerojet AR2-3 que utilizaba propulsores almacenables y proporcionaría un empuje de 6.600 libras de fuerza (29,4 kN). El motor AR2-3 con clasificación humana se había utilizado en el vehículo de entrenamiento de astronautas NF-104A de doble potencia y recibió una nueva certificación de vuelo para su uso en el X-37 con propulsores de peróxido de hidrógeno/JP-8. Según se informa, esto se cambió a un sistema de propulsión hipergólico de tetróxido de nitrógeno/hidrazina.

El X-37 aterriza automáticamente al regresar de la órbita y es la tercera nave espacial reutilizable que tiene tal capacidad, después del transbordador soviético Buran y el transbordador espacial estadounidense, que tenía capacidad de aterrizaje automático en el mediados de la década de 1990, pero nunca lo probé. El X-37 es el avión espacial orbital más pequeño y ligero jamás volado hasta la fecha; tiene una masa de lanzamiento de alrededor de 11.000 libras (5.000 kg) y es aproximadamente una cuarta parte del tamaño del orbitador del transbordador espacial.

El 13 de abril de 2015, la Fundación Espacial otorgó al equipo X-37 el Premio al Logro Espacial 2015 "por avanzar significativamente en el estado del arte para naves espaciales reutilizables y operaciones en órbita, con el diseño, desarrollo, prueba y operación orbital del vehículo de vuelo espacial X-37B durante tres misiones que suman un total de 1.367 días en el espacio".

Historia operativa

Los dos X-37B operativos han completado seis misiones orbitales; Han pasado en total 3.774,4 días (10,34 años) en el espacio.

OTV-1

El primer X-37B se lanzó en su primera misión, OTV-1/USA-212, en un cohete Atlas V desde Cabo Cañaveral SLC-41 el 22 de abril de 2010 a las 23:52 UTC. La nave espacial fue colocada en órbita terrestre baja para realizar pruebas. Si bien la Fuerza Aérea de EE. UU. reveló pocos detalles orbitales de la misión, una red mundial de astrónomos aficionados afirmó haber identificado la nave espacial en órbita. El 22 de mayo de 2010, la nave espacial tenía una inclinación de 39,99°, dando vueltas alrededor de la Tierra una vez cada 90 minutos en una órbita de 249 por 262 millas (401 por 422 km). Se dice que OTV-1 pasaba sobre el mismo lugar determinado de la Tierra cada cuatro días y operaba a una altitud típica de los satélites de vigilancia militar. Esta órbita también es común entre los satélites civiles LEO, y la altitud del avión espacial era la misma que la de la ISS y la de la mayoría de las otras naves espaciales tripuladas.

La Fuerza Aérea de EE. UU. anunció un aterrizaje del 3 al 6 de diciembre el 30 de noviembre de 2010. Según lo programado, el X-37B fue desorbitado, reingresó a la atmósfera de la Tierra y aterrizó con éxito en la Base Aérea Vandenberg el 3 de diciembre de 2010. a las 09:16 UTC, realizando el primer aterrizaje orbital autónomo de EE. UU. en una pista. Este fue el primer aterrizaje de este tipo desde el transbordador soviético Buran en 1988. En total, el OTV-1 pasó 224 días y 9 horas en el espacio. OTV-1 sufrió una explosión de neumático durante el aterrizaje y sufrió daños menores en su parte inferior.

OTV-2

El segundo X-37B se lanzó en su misión inaugural, denominada OTV-2/USA-226, a bordo de un cohete Atlas V desde Cabo Cañaveral SLC-41 el 5 de marzo de 2011 a las 22:46 UTC. La misión fue clasificada y descrita por el ejército estadounidense como un esfuerzo para probar nuevas tecnologías espaciales. El 29 de noviembre de 2011, la Fuerza Aérea de los EE. UU. anunció que extendería el USA-226 más allá de la duración base de 270 días. En abril de 2012, el general William L. Shelton, del Comando Espacial de la Fuerza Aérea, declaró que la misión en curso era un "éxito espectacular".

El 30 de mayo de 2012, la Fuerza Aérea declaró que el X-37B aterrizaría en la Base Aérea Vandenberg en junio de 2012. La nave espacial aterrizó de forma autónoma el 16 de junio de 2012, después de haber pasado 468 días y 14 horas en el espacio.

OTV-3

La tercera misión y segundo vuelo del primer X-37B, OTV-3, estaba originalmente programado para lanzarse el 25 de octubre de 2012, pero se pospuso debido a un problema con el motor del vehículo de lanzamiento Atlas V. Fue lanzado con éxito desde Cabo Cañaveral SLC-41 el 11 de diciembre de 2012 a las 18:03 UTC. Una vez en órbita, la nave espacial fue designada USA-240. El aterrizaje se produjo en Vandenberg AFB el 17 de octubre de 2014 a las 16:24 UTC, después de un tiempo total en órbita de 674 días y 22 horas.

OTV-4 (AFSPC-5)

La cuarta misión X-37B, OTV-4, recibió el nombre en código AFSPC-5 y fue designada como USA-261 en órbita. Fue el segundo vuelo del segundo vehículo X-37B. El X-37B se lanzó en un cohete Atlas V desde Cabo Cañaveral SLC-41 el 20 de mayo de 2015 a las 15:05 UTC. Los objetivos incluían una prueba del propulsor de efecto Hall XR-5A de Aerojet Rocketdyne en apoyo del programa de satélites de comunicaciones avanzados de frecuencia extremadamente alta y una investigación de la NASA sobre el rendimiento de diversos materiales en el espacio durante al menos 200 días. El vehículo pasó lo que entonces fue un récord de 717 días y 20 horas en órbita antes de aterrizar en la instalación de aterrizaje del transbordador del Centro Espacial Kennedy el 7 de mayo de 2017 a las 11:47 UTC.

OTV-5

La quinta misión X-37B, designada USA-277 en órbita, se lanzó desde el Complejo de Lanzamiento 39A del Centro Espacial Kennedy el 7 de septiembre de 2017 a las 14:00 UTC, justo antes de la llegada del huracán Irma. El vehículo de lanzamiento era un cohete Falcon 9 y varios satélites pequeños también compartían el viaje. La nave espacial se insertó en una órbita de mayor inclinación que las misiones anteriores, ampliando aún más la envoltura del X-37B. Durante el vuelo, la nave modificó su órbita utilizando un sistema de propulsión a bordo. Si bien se clasifica la carga útil completa para OTV-5, la Fuerza Aérea anunció que un experimento en vuelo es el esparcidor térmico estructuralmente integrado avanzado II (ASETS-II), que mide el rendimiento de un tubo de calor oscilante. La misión se completó con el vehículo aterrizando en la instalación de aterrizaje del transbordador el 27 de octubre de 2019 a las 07:51 UTC.

OTV-6 (FSEE 7)

La sexta misión X-37B (OTV-6), U.S. Space Force 7 (anteriormente conocida como AFSPC 7), lanzada en un cohete Atlas V 501 desde Cabo Cañaveral SLC-41 el 17 de mayo de 2020 a las 13:14:00 UTC. Esta misión es la primera vez que el avión espacial lleva un módulo de servicio, un anillo adjunto a la parte trasera del vehículo para albergar múltiples experimentos. La misión alberga más experimentos que vuelos anteriores del X-37B, incluidos dos experimentos de la NASA. Una es una placa de muestra que evalúa la reacción de materiales seleccionados a las condiciones del espacio. El segundo estudia el efecto de la radiación espacial ambiental sobre las semillas. Un tercer experimento diseñado por el Laboratorio de Investigación Naval (NRL) transforma la energía solar en energía de microondas de radiofrecuencia y luego estudia la transmisión de esa energía a la Tierra. El X-37B sigue siendo un activo del Departamento de la Fuerza Aérea, pero la recién creada Fuerza Espacial de EE. UU. es responsable del lanzamiento, las operaciones en órbita y el aterrizaje.

El X-37B lanzó un pequeño satélite de 136 kg (300 lb) llamado FalconSat-8 (USA-300) alrededor del 28 de mayo de 2020. Desarrollado por cadetes de la Academia de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en asociación con el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL)), el pequeño satélite lleva cinco cargas útiles experimentales. La nave espacial probará un novedoso sistema de propulsión electromagnética, tecnología de antena de bajo peso y una rueda de reacción comercial para proporcionar control de actitud en órbita. Según la Academia de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, los experimentos del FalconSat-8 incluyen:

• Magnetogradient Electrostatic Plasma Thruster (MEP) – Novel electromagnetic propulsion system
• Antena MetaMaterial (MMA) – De bajo tamaño, peso, antena de potencia con rendimiento de matriz gradual
• Experimento de nanotubo de carbono (CANOE) – cableado RF con trenzado de nanotubo de carbono flexionado usando aleación de memoria de forma
• Control de Actitud y Almacenamiento de Energía (ACES) – Rueda de reacción comercial modificada en un volante para almacenamiento y liberación de energía
• SkyPad – Cámaras fuera de la plataforma y GPU integradas en paquete de bajo tamaño, peso y potencia

La misión se completó con el vehículo aterrizando en la instalación de aterrizaje del transbordador el 12 de noviembre de 2022 a las 10:22 UTC.

OTV-7 (FSEE-52)

Se planeó lanzar el cuarto vuelo del segundo X-37B y la séptima misión general X-37B en el Falcon Heavy de SpaceX el 12 de diciembre de 2023. Esto se reprogramó para el 28 de diciembre de 2023 cuando se lanzó con éxito a las 8:07 p.m. EST (01:07:00 UTC). Se espera que la órbita sea más alta que la de misiones anteriores.

Variantes

X-37A

El vehículo de prueba de aproximación y aterrizaje (ALTV) X-37A fue una versión inicial de la NASA de la nave espacial utilizada en pruebas de planeo en 2005 y 2006.

X-37B

El X-37B es una versión modificada del X-37A de la NASA, construido para la Fuerza Aérea de EE. UU. Dos de ellos han sido construidos y utilizados para múltiples misiones orbitales.

X-37C

En 2011, Boeing anunció planes para una variante ampliada del X-37B, refiriéndose a él como X-37C. Se planeó que esta nave espacial tuviera entre un 165% y un 180% del tamaño del X-37B, lo que le permitiría transportar hasta seis astronautas dentro de un compartimento presurizado alojado en el compartimento de carga. El Atlas V fue el vehículo de lanzamiento propuesto para esta variante. En este papel, el X-37C de Boeing podría potencialmente competir con la cápsula espacial comercial CST-100 Starliner de la corporación.

Especificaciones

Planes de tres vistas del X-37B

X-37B

Datos de USAF, Boeing, Air & Revista Space y Phys.org

Características generales

• Crew: ninguno
• Capacidad: 227 kg
• Duración: 29 pies 3 en (8,92 m)
• Wingspan: 14 pies 11 en 4,55 m)
• Altura: 9 pies 6 en (2,90 m)
• Peso máximo de despegue: 11.000 libras (4.990 kg)
• Potencia eléctrica: Celulas solares de arsenida de calcio con baterías de iones de litio
• Bahía de carga: 7 × 4 pies (2.1 × 1.2 m)

Rendimiento

• Velocidad orbital: 17.426 mph (28.044 km/h)
• Orbit: Baja órbita terrestre
• Tiempo orbital: 270 días (diseño) 908 días (demostrados)

Notas explicativas