¿Qué decide si un lanzamiento debe hacerse instantáneamente o durante una ventana?

En el caso del lanzamiento de Falcon 9 / Orbcomm OG2 desde SLC-40, Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral, FL, que ahora está programado para el 20 de diciembre a las 8:29 p. m. EST (01:29 a. m. UTC), según Spaceflight Now :

Las fuentes dijeron que solo está disponible una oportunidad de lanzamiento instantáneo el domingo debido a las restricciones impuestas por la Administración Federal de Aviación, que puede dudar en redirigir el tráfico aéreo de la semana de vacaciones alrededor de la base de lanzamiento de Cabo Cañaveral durante varias horas en caso de retrasos en el lanzamiento.

Entonces, en este caso, se trata de restricciones impuestas por el rango. Además de otras respuestas en este hilo, aquí hay algunas otras que están relacionadas:

• Ventana de lanzamiento de misiones cortas de EFT-1
• ¿Por qué una misión a Sol-Tierra L1 tendría una ventana de lanzamiento instantánea?
• Lanzamientos diurnos versus nocturnos

Así que recapitulando, y añadiendo algunos puntos a lo ya comentado anteriormente, las posibles restricciones podrían ser:

• Alcance : los tiempos de lanzamiento deben coordinarse con otras autoridades aéreas y marítimas locales y, a veces, internacionales para redirigir el tráfico a lo largo de la ruta que tomaría un vehículo de lanzamiento, y la zona de exclusión de seguridad debe acordonarse para los escombros y las etapas de regreso a lo largo de su ruta terrestre. Esto requiere mucha coordinación y codificación del hardware que tiene que ocurrir antes del lanzamiento y durante la duración de su ventana de lanzamiento y algo más hasta que se borre el rango después de la última oportunidad de lanzamiento.
• Seguimiento : se debe asignar el tiempo de las instalaciones de seguimiento in situ y de rango inferior, y se deben adquirir permisos temporales para usar frecuencias utilizadas para telemetría y otras transmisiones. Dado que se trata de recursos compartidos, es posible que los operadores y las autoridades solo asignen intervalos de tiempo breves para satisfacer las necesidades de su operación. Esto también podría depender de la disponibilidad y accesibilidad de las instalaciones orbitales, como TDRS .
• Objetivo : a menudo, una nave espacial lanzada perseguirá a otro vehículo en órbita para encontrarse y las fases orbitales de ambos vehículos deben alinearse sobre el sitio de lanzamiento, o el vehículo apuntará a una órbita local específica dependiente del tiempo como SSO o un plano orbital específico en la trayectoria interplanetaria. mientras la Tierra gira sobre su eje. Los lanzamientos suborbitales también podrían apuntar a fenómenos específicos como las auroras a medida que ocurren.
• Clima : algunos sitios de lanzamiento (y especialmente Florida) tienen ciclos climáticos predecibles y se podrían seleccionar horas específicas del día o de la noche para maximizar las posibilidades de que el clima coopere y cumpla con los criterios de lanzamiento. Dependiendo de la época del año, también puede haber solo un período de tiempo limitado en el que las restricciones ambientales (como la temperatura, la humedad) permanezcan dentro del umbral de seguridad.
• Carga útil : algunas cargas útiles (p. ej., carga viva pequeña) solo se pueden soportar en la plataforma durante períodos de tiempo limitados, especialmente aquellas que de alguna manera dependen de provisiones de soporte de vida limitadas o energía interna y por cualquier motivo no se pueden conectar con umbilicales externamente para energía y suministros, o el carenado suficientemente ventilado para evitar el riesgo de derrame de propulsores, y similares.
• Hardware de lanzamiento : algunas instalaciones y el vehículo de lanzamiento en sí solo pueden tener capacidad de soporte continuo en la plataforma y una vez alimentados durante un período de tiempo muy limitado, como, por ejemplo, bombas de alta presión, almacenamiento criogénico, capacidad para purgar propulsores sangrados, condensación de hielo en superficies criogénicas, etc.
• Prevención de colisiones : el objeto lanzado se cruzará con el aire y el espacio orbital de otras aeronaves, satélites y desechos orbitales, por lo que se deberán realizar procedimientos de evaluación de conjunción (CA), prevención de colisiones (COLA) y probable prevención de colisiones de lanzamiento (LCOLA) para evitar eso. . Dado que eso requiere conocer las rutas de vuelo, las actividades y las órbitas de los objetos clasificados, se realiza (en los EE. UU.) a pedido a través del Centro de Operaciones Espaciales Conjuntas , parte del Comando del Componente Funcional Conjunto para el Espacio del Comando Estratégico de los EE. UU. Consulte AFI91-217 (PDF) para obtener más información. Estos análisis pueden brindar recomendaciones y límites con respecto a la ventana de lanzamiento y la trayectoria asumida, pero no especificarán las razones para ello, por lo que es posible que no sepa por qué su ventana de lanzamiento podría estarinstantáneo incluso si de lo contrario estaría listo para iniciar durante una ventana de inicio más larga.
• Otro : Eventualmente, las personas querrán irse a casa y regresar con sus familias, y sentarse en constante preparación durante horas y horas no es fácil. Podría ser más prudente dividir las oportunidades de lanzamiento en partes más pequeñas de hasta cierto número de horas por día, que aumentar el riesgo de que el factor humano afecte la seguridad. La de ellos y la del vehículo de lanzamiento.

Además, en nuestro caso específico y si se me permite un poco de conjetura, SpaceX está con el lanzamiento de Orbcomm OG2 y ambos regresan al vuelo después de un evento RUD (desmontaje rápido no programado) durante el lanzamiento del CRS-7, y lo están haciendo con un vehículo de lanzamiento mejorado (Falcon 9 v1.2) que utiliza una mayor densidad de propulsor y oxígeno líquido criogénico profundo (que, según el propio Elon Musk, es un poco un desafío). Es posible que hayan estimado que si tienen que detener el lanzamiento por cualquier motivo, es muy probable que tengan que fregarlo por el día y solo solicitaron una oportunidad muy breve para el lanzamiento. Si están trabajando con alguna cuota (por cualquier autoridad o servicio, de FAA, FCC, USCG, MARAD, AST, JSpOC, Space wing, TDRS, Bermuda downrange tracking station,...), y su cliente no está presionando para el lanzamiento lo antes posible, tiene sentido no molestar a las deidades con demandas irrazonables que podrían no cumplirse o no ser necesarias.

Solo como referencia, aquí están las zonas de seguridad ( Área de peligro de lanzamiento y Área de cierre del espacio aéreo , respectivamente) y su cronograma para el intento de lanzamiento del 20 de diciembre, anunciado por 45th Space Wing, Patrick Air Force Base :

Curiosamente, la ventana de lanzamiento de la lista de documentos emitidos es de 26 minutos para el día 20:

• 20 de diciembre de 2015 20:29 - 20:55
• 21 de diciembre de 2015 0129Z - 0155Z

Esa es la misma ventana de lanzamiento, solo que en la zona horaria local EST (Eastern Standard Time) seguida de la hora " Zulu " (hoy, solo una forma militar de decir UTC en realidad). El webcast de lanzamiento recién anunciado también tiene una duración de una hora y finaliza 31 minutos después del lanzamiento instantáneo a las 8:29 p. despegar. A menos que fuera un lanzamiento de CRS a la ISS para la NASA, generalmente terminarían minutos después de la separación de la segunda etapa. No estoy exactamente seguro de qué hacer con esto, pero toda esa charla sobre el lanzamiento instantáneo podría haber sido en vano. No pude encontrar ninguna palabra oficial al respecto, no deSpaceX y tampoco de Elon Musk que tuiteó todas las actualizaciones.

La ventana de lanzamiento de 26 minutos permitiría hasta dos ciclos de reloj de cuenta regresiva de 13 minutos que eran habituales durante los lanzamientos anteriores de SpaceX Falcon 9 con la cuenta regresiva de la terminal del vehículo de 10 minutos, por lo que posiblemente hasta tres intentos de lanzamiento ese mismo día, suponiendo que no haya problemas se trabaja en que extienden la bodega (como problemas con el vehículo o un bote que viola la zona de exclusión de seguridad que sucedió antes e incluso resultó en una cuenta de Twitter de parodia ).

Solo otra actualización rápida de que un anuncio del lanzamiento de mañana ahora apareció también en las páginas de SpaceX y dice (énfasis mío):

SpaceX actualmente tiene como objetivo el lanzamiento del cohete Falcon 9 el 20 de diciembre, que llevará 11 satélites para ORBCOMM . El lanzamiento es parte de la segunda y última misión OG2 de ORBCOMM y despegará desde la plataforma de lanzamiento de SpaceX en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral en Florida. Esta misión también marca la primera vez que SpaceX intentará aterrizar la primera etapa del cohete Falcon 9 en tierra . El aterrizaje de la primera etapa es un objetivo de prueba secundario.

El webcast de lanzamiento está programado para comenzar a las 5:05 p. m. PT con despegue a las 5:29 p. m. PT. El webcast de lanzamiento se puede ver en spacex.com/webcast . Para actualizaciones, visite www.spacex.com y www.orbcomm.com .

Entonces, aquí hay otra explicación, que el lanzamiento aún podría ser instantáneo y esos 26 minutos ahora están asignados tanto para el lanzamiento del Falcon 9R desde SLC-40 como para el aterrizaje de su primera etapa en el Landing Complex 1 . ¿Cuan genial es eso?

Una limitación que no se menciona es la capacidad del vehículo de lanzamiento para apuntar a un azimut variable. El vehículo de lanzamiento Delta II no tenía una capacidad de azimut de lanzamiento variable. Como resultado, las misiones a Marte en el Delta II (hubo varias) generalmente tendrían dos ventanas de lanzamiento instantáneo cada día en dos azimuts. Dos se consideraron suficientes para abordar posibles problemas de alcance.

Tardó media hora en recargar y verificar los parámetros en el Delta II, por lo que la distancia entre los dos tenía que ser al menos esa. El vehículo de lanzamiento solo podía esperar 83 minutos antes de correr el riesgo de congelar el sistema de alimentación, por lo que la distancia tenía que ser menor que eso. Las ventanas para MER terminaron con una diferencia de 37 a 44 minutos.

Las ventanas no eran técnicamente instantáneas, sino de un segundo de duración, por lo que el tipo del botón no tenía que ser perfecto. (Sí, había un tipo con un botón).

El objetivo suele ser la clave, aunque el rango también puede tener algo que decir. Por ejemplo, una misión de la ISS debe alinearse para llegar a la ISS, lo que requiere una ventana pequeña. A los efectos de los satélites de comunicación LEO, la clave es llegar a una órbita con una hora del día que sea particularmente útil. Para la mayoría de los lanzamientos de Falcon 9, este ha sido el caso. Ha habido algunas ventanas muy largas, por ejemplo. Podría estar restringido en el lado del cohete (muy poco probable), el soporte del sitio de lanzamiento o el bloqueo del tráfico aéreo en el área, todo lo cual podría requerir una ventana más pequeña.

Me parece que en este caso, probablemente no sea el cliente. Se podría recordar que ORBCOMM anteriormente tenía una ventana de lanzamiento de 2 horas y 33 minutos . Como el objetivo parece ser 4 aviones con los dos lanzamientos , la mayoría de los satélites tendrán que viajar un poco para lograr el objetivo. Sospecho que tiene más que ver con SpaceX, o más probablemente, con la FAA regulando el momento de su lanzamiento durante una temporada de viajes bastante ocupada.

La duración de las ventanas de lanzamiento está determinada por muchas cosas, pero una que aún no se ha mencionado es el margen de rendimiento del refuerzo. A medida que la Tierra se aleja del plano orbital deseado, el propulsor debe proporcionar un rendimiento adicional para cambiar el plano. Este efecto fue a menudo una limitación de la longitud de la ventana de lanzamiento para las misiones de encuentro del transbordador. Si el vehículo tiene poco margen de rendimiento, es probable que se produzca una ventana instantánea.