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Space exploration

Orión: la nueva nave que nos llevará a la Luna, a Marte y al espacio

Posted by msolarte on Jun 09, 2009 - 05:15 PM

Para los integrantes del grupo AIDA es un placer publicar el segundo producto del curso Fundamentos de Astronomía en el primer periodo académico de 2009, elaborado por uno de los estudiantes que allí participan, en este caso el artículo Orión: una nueva nave espacial de la estudiante de Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones Diana Patricia Sánchez.

star ship OrionRepresentación artística de la nave Orón en órbita lunar.
Imagen cortesía: NASA

Orión es una nave espacial en desarrollo de la NASA que puede llevar una tripulación de cuatro a seis personas y será lanzada por el nuevo vehículo de lanzamiento Ares I. Tanto la nave Orión como el Ares I son parte del Proyecto Constelación, que planea enviar exploradores a la Luna en 2020 y más adelante a Marte y otros destinos del Sistema Solar.

La nave Orión era conocida anteriormente como Crew Exploration Vehicle (Vehículo tripulado de exploración) o CEV, ésta despegará del centro espacial Kennedy que se utilizará para las misiones de transbordador espacial.

Tiempo de lanzamiento

La NASA tiene previsto retirar los tres transbordadores espaciales a finales del 2010  y cambiarlos por cápsulas Orión para sus misiones tripuladas en el año 2010. Primero realizará la misión para la Estación Espacial  Internacional (ISS), a finales del 2014 o principios del 2015 y luego será el componente clave para las misiones a la luna y a Marte.

La creación de esta nueva nave surgió de una reacción parcial: el accidente del transbordador Columbia. El 14 de enero de 2004 se anunció la nueva nave formando parte del programa Vision for Space Exploration; la meta fundamental de esta nave era muy compleja: la capacidad de transportar astronautas y científicos a la Estación Espacial tras la retirada del transbordador, un propósito clave: llevar a los astronautas más allá de nuestra órbita a otros mundos. Se espera que esta nave sea la primera del módulo de mando del Apollo.

Diseño

CEV

Diseño de la nave Orión

Imagen cortesía: NASA


El módulo de tripulación y servicio (Orion Crew & Service Module o CSM) está compuesto de dos partes principales:

Módulo de tripulación

El módulo de tripulación (CM) tiene una forma cónica  de 70º similar al módulo de mando del Apollo, puede llevar entre cuatro y seis tripulantes, aunque es estéticamente similar al módulo del Apollo, disponiendo de tecnología más moderna como:

  • Sistemas de control digital con provisiones para el control manual del vehículo en una emergencia o fase crítica.
  • Un sistema de recogida y gestión de residuos, utilizando un urinario y baño reemplazando las bolsas de plástico utilizadas en el Apollo. 
  • Una atmósfera compuesta de nitrógeno/oxígeno (N2/O2) a presión del nivel del mar.

Una característica importante que tendrá el CM es un nuevo sistema utilizando una combinación de paracaídas y retrocohetes o bolsas de aire para la recuperación de la cápsula. Esto permite un aterrizaje en tierra, eliminando los costes de tener que utilizar una flota de barcos como en los vuelos del Proyecto Mercury, Gemini y Apollo.

Los ensayos se están realizando en el océano Atlántico, a 32 kilómetros de la costa de Florida y cerca de cabo Cañaveral. Pretenden conocer cómo se comportará la nave Orión tras el choque y con diferentes oleajes. Varios equipos de submarinistas e ingenieros ya están practicando diversas técnicas de rescate para salvar la cápsula tras el choque. Entre éstas se incluye la colocación de un anillo 'flotador'.

Orion en el mar

Prototipo de la nave Orión, durante las pruebas de amerizaje en el Atlántico.

Imagen cortesía: NASA

Otra característica fundamental es que será capaz de ser usado hasta diez vuelos, permitiendo a la NASA construir una flota de módulos de tripulación tanto tripulados como sin tripulación. Tanto el módulo de tripulación como el de servicio serán fabricados en una aleación de aluminio/litio  que será menos pesado que sus predecesores. El CM está cubierto por un manto de material de protección térmica nomex  Los paracaídas también se podrán reutilizar y estarán basados en los mismos paracaídas utilizados en las naves Apollo y los propulsores de combustible sólido (SRB) del transbordador espacial.

Para que la nave Orión pueda servir en la Estación Espacial Internacional, además de unirse a otros vehículos del Proyecto Constellation, utilizará el Sistema de Acoplamiento de Bajo Impacto (LIDS), una versión diferente y simplificada del anillo de acoplamiento APAS de diseño ruso utilizado por los transbordadores espaciales y que está basado en el sistema utilizado en el proyecto Apollo-Soyuz de 1975.  La nave Orión podrá acoplarse de forma automática, aunque como medida de seguridad, el piloto puede tomar el mando y realizar la maniobra en caso de necesidad

Se planea que el módulo de tripulación de la nave  Orión tenga un diámetro de unos cinco metros con una masa de 25 toneladas.

Módulo de servicio

Paracaidas Orion

Descenso de la nave Orión

Imagen cortesía: www.abc.es

Como su antecesor en el Apollo, el módulo de servicio (SM) de la nave Orión tendrá una forma cilíndrica, pero será más grande, más corto y más ligero. Como el módulo de tripulación, estará fabricado con una aleación de aluminio-litio y llevará dos paneles solares en forma circular o rectangular desplegables, aunque el diseño final aún no se ha realizado, eliminando la necesidad de llevar combustible para su operación.

El SM dispondrá de dos tanques de oxígeno líquido (LOX) y uno de nitrógeno líquido (LH2) que proporcionará el aire respirable a la tripulación durante la mayor parte de la misión, mientras que otro tanque localizado en el módulo de tripulación proporcionará las 2 ó 4 horas (dependiendo de la cantidad de personas) de aire respirable tras la separación del módulo de servicio. Cartuchos de hidróxido de litio (LiOH) reciclarán el sistema ambiental de la nave, retirando el dióxido de carbono exhalado por los astronautas del aire de la nave para sustituirlo por oxígeno y nitrógeno en un circuito cerrado. Debido a la eliminación de las células de combustible y los tanques de LH2, se transportará un depósito de grandes dimensiones con agua para los astronautas y, mezclado con glicol para refrigerar los sistemas electrónicos.

El módulo de servicio también llevará un sistema de reciclaje del calor y paneles solares. Estos paneles, junto con las baterías de reserva localizadas en el módulo de tripulación, proporcionarán un total de 28 V (de corriente continua) para los sistemas de la nave.

Orion ISS

Representación artística de la cápsula Orión acercándose a la ISS

Imagen cortesía: NASA


Pruebas

La NASA realizará pruebas de la nave Orión entre 2007 y 2011 en el Glenn Research Center (Ohio).

Programa

La NASA prevé seguir el programa de desarrollo del CEV siguiente:

  • 2006–2007: revisión del diseño del CEV.
  • 2009 (abril): primer vuelo suborbital de una maqueta del CEV 
  • 2009 (mayo): prueba no tripulada AA-1 para el sistema de emergencia. 
  • 2010 (agosto): prueba no tripulada AA-2 para el sistema de emergencia. 
  • 2011 (febrero): prueba no tripulada AA-3 para el sistema de emergencia. 
  • 2011 (septiembre): prueba no tripulada AA-4 para el sistema de emergencia. 
  • 2012: primer vuelo no tripulado del CEV en órbita terrestre. 
  • 2014 (septiembre): primer vuelo tripulado del CEV en órbita terrestre. 
  • 2015–2018: primer vuelo no tripulado del Módulo de Acceso a la Superficie Lunar (LSAM).
  • 2016–2018: primer vuelo tripulado del LSAM.
  • 2020: primer alunizaje del sistema CEV/LSAM.
  • 2020: inicio de la planificación de misiones a Marte.

Desarrollo futuro del CEV

El programa de la NASA y su estrategia cambió completamente. En julio de 2004, antes de ser nombrado administrador de la NASA, Michael Griffin participó en un estudio denominado Extendiendo la Presencia Humana en el Sistema Solar para La Sociedad Planetaria. El estudio ofrecía una estrategia para llevar a cabo el Proyecto Constellation de una forma asequible y alcanzable. De acuerdo con el resumen, el estudio está creado para "una aproximación por etapas para la exploración humana más allá de órbita baja terrestre." Recomienda que el Proyecto Constellation se cumpla en tres fases distintas, denominadas "Etapas", que son:

  • Etapa I

En lugar de diseñar un CEV para un alunizaje lo más temprano posible, el informe recomienda el desarrollo del CEV en dos bloques. El CEV del bloque I sería apropiado para misiones de órbita baja únicamente y se desarrollaría tan rápidamente como fuese posible para evitar el intervalo entre la retirada del transbordador en 2010 y los vuelos del CEV en 2014. Llevaría entre cuatro y seis astronautas. El informe recomienda el desarrollo de un vehículo de lanzamiento derivado del transbordador (SDLV) para el CEV, basado en el SRB con una nueva etapa superior de combustible líquido. Esta propuesta permitiría el uso de las ventajas de diseños ya probados más la capacidad de utilizar la infraestructura del Programa del Transbordador para apoyar las operaciones del CEV.

Durante el resto de la Etapa I, el transbordador espacial sería retirado lo antes posible, tras completar la parte estadounidense de la Estación Espacial Internacional (ISS), una opción que parece que ha ganado apoyo dentro de la NASA y la administración Bush. El informe no hace mención a una misión tripulada de mantenimiento para el telescopio espacial Hubble, aunque Griffin ha dado órdenes a los encargados del Hubble en el Goddard Space Flight Center para que hagan preparaciones para tal misión. El informe sugiere que el uso de cohetes desechables, bien como los vehículos de lanzamientos Ariane y Protón, o un nuevo cohete finalicen la ISS tras la retirada del transbordador espacial. El CEV de bloque I también actuaría como Vehículo de Regreso de Tripulación (CRV) de la Estación Espacial. La Etapa I se llevaría a cabo hacia 2010.

  • Etapa II

Orion LSAM

Representación artística de la nave Orión con el vehículo LSAM

Imagen cortesía: NASA

Con la Etapa II se desarrollaría un nuevo CEV de bloque II, apto para viajes interplanetarios. El informe dice que el nuevo CEV debería mantener las mismas líneas de desarrollo que el CEV de bloque I, por lo que la selección del primer CEV sería extremadamente importante para la realización de la propuesta. El informe indica que el CEV de bloque II debería ser capaz de realizar misiones interplanetarias de al menos varios meses de duración. Se sugiere el desarrollo de otros módulos, especialmente de los módulos de habitabilidad, laboratorios, propulsión y suministros.

Los cuatros destinos propuestos para el CEV en su etapa II son:

  • La Luna.
  • El punto de Lagrange L2 entre Sol-Tierra, (SEL2). 
  • Un objeto próximo la Tierra. 
  • La órbita de Marte o sus lunas.

La meta sería realizar estos vuelos a cada uno de los destinos pero si disponer de un módulo de aterrizaje para la Luna y Marte. El uso del SEL2 es descrito como importante para demostrar la capacidad de servicio a futuros telescopios espaciales como el Telescopio Espacial James Webb y como etapa para vuelos interplanetarios. Finalmente, se sugiere una misión a la órbita marciana con posibilidad de aterrizar en una de sus lunas. Todos los viajes serían realizados por un CEV apoyado por varios módulos. La Etapa II comenzaría a partir de 2015. Sin embargo, de acuerdo con el Estudio para la Exploración de Sistemas de Arquitectura, el regreso a la Luna sería una prioridad principal para el Proyecto Constellation y ocurriría sobre 2018.

  • Etapa III

En la Etapa III, se desarrollaría los vehículos de aterrizaje tripulados para Marte y la Luna. Como el CEV de bloque II sería capaz de realizar tales viajes, los aterrizajes en la Luna y Marte serían simultáneos, con la experiencia conseguida de la exploración de los cuatros destinos propuestos en la Etapa II. Los aterrizajes comenzarían en 2020.

Nomenclatura

En junio de 2006, la NASA asignó dos nombre nocionales, Altair y Artemis para el módulo de tripulación y servicio y el LSAM respectivamente. Sin embargo, el 20 de julio de 2006, se informó que la NASA había protegido como marca comercial el nombre de Orión para ambos nombres de la nave CEV como un todo y como nombre para su proyecto de regreso a la Luna. El 22 de agosto de 2006, el astronauta Jeffrey Williams confirmó por descuido el nombre. En octubre de 2006, la NASA confirmó que el nombre oficial de la nave LSAM sería "Artemis".

Nomenclatura del programa Orión

  • Orion, módulo de tripulación y servicio.
  • Artemis, Lunar Surface Access Module (LSAM). 
  • Ares I, vehículo de lanzamiento medio. 
  • Ares IV, vehículo de lanzamiento medio-pesado.
  • Ares V, vehículo de lanzamiento pesado.

Referencias:


 

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