Un viaje tripulado a Marte es el objetivo prioritario de la exploración espacial de este siglo. Desgraciadamente, existe un cuello de botella fundamental a la hora de realizar una misión al planeta rojo: los sistemas de propulsión actuales.
La masa de una nave tripulada marciana propulsada por combustibles químicos superaría las dos mil toneladas en órbita baja (LEO), pero los lanzadores más potentes actualmente en servicio sólo son capaces de poner en órbita 25 toneladas. Incluso si construyéramos un cohete gigante mayor que el Saturno V o el Energía, las limitaciones tecnológicas actuales obligarían a seguir dependiendo de la propulsión química, por lo que resulta realmente difícil diseñar un lanzador que supere las doscientas toneladas de capacidad en LEO. Es decir, necesitaríamos como mínimo diez lanzamientos de un cohete gigante para poder mandar una misión tripulada a Marte.
Usar depósitos de combustible orbitales es una vieja idea (NASA).
Este elevado número de lanzamientos es económicamente muy difícil de justificar, por no hablar de la complejidad de una misión así. Está claro que debemos idear otros mecanismos para reducir la masa de una nave interplanetaria. Cambiar el sistema de propulsión del vehículo es una opción, pero desgraciadamente nos encontramos con las mismas limitaciones tecnológicas y políticas que en el caso de los lanzadores. Otras alternativas pasan por dividir la nave marciana en varias unidades, utilizar los recursos locales del planeta rojo para generar agua y/o combustible (ISRU) o usar métodos de aerocaptura.
Todas estas opciones se han tenido en cuenta anteriormente en el diseño de muchas misiones, pero recientemente han cobrado fuerza varias propuestas de viajes interplanetarios que no requieren el uso de grandes cohetes. Este tipo de arquitectura espacial se basa en el uso de depósitos orbitales de combustible y ya fue presentada en 2009 por la empresa ULA (United Launch Alliance), encargada de los cohetes Delta IV y Atlas V, como alternativa al desaparecido Programa Constelación de la NASA.
La idea es muy simple. Primero, debemos tener en cuenta que la mayor parte de la masa de una nave espacial está formada por combustible que debe emplearse en las maniobras orbitales. La ecuación del cohete de Tsiolkovsky nos dice que un ligero aumento en la carga útil de una nave implica un incremento enorme en la masa total del vehículo, principalmente en forma de propergoles. Por lo tanto, si fuésemos capaces de reabastecernos de combustible en las distintas etapas de una misión, la masa inicial de una nave interplanetaria podría ser muchísimo menor.
La arquitectura de ULA se basa en el empleo de tanques de combustible (fuel depots) situados estratégicamente en distintos puntos del trayecto. Los depósitos tendrían que estar situados en el punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Luna, ya que la energía para alcanzar la velocidad de escape desde esta zona es mínima. Estos depósitos serían abastecidos mediante una red de tanques que partirían desde LEO. Los depósitos servirían para almacenar combustibles criogénicos (hidrógeno y oxígeno líquidos), los propergoles químicos más eficientes (mayor impulso específico) que se usan en la actualidad.
Puntos de Lagrange del Sistema Tierra-Luna.
Maniobra para alcanzar el punto L2 desde LEO.
Uno de los mayores problemas que surgen con este sistema de tanques orbitales es la evaporación del hidrógeno líquido. Para evitar que este elemento pase a estado gaseoso, es necesario refrigerarlo a -253º C, lo que requiere el empleo de una tecnología muy compleja. Hay que tener en cuenta que ni siquiera en el caso de los lanzadores terrestres que emplean hidrógeno líquido se ha conseguido evitar las fugas por evaporación. Por ejemplo, el transbordador espacial almacena combustibles criogénicos en el tanque externo (ET), pero, pese a que éste está cubierto por un sistema aislante -la famosa espuma anaranjada-, el hidrógeno debe fluir constantemente hasta casi el mismo momento del lanzamiento para compensar las pérdidas por evaporación. Desarrollar tecnologías que permitan guardar hidrógeno líquido durante largos periodos de tiempo (tecnologías ZBO, Zero Boil-Off) es harto complejo.
En el caso de misiones interplanetarias, el sistema de depósitos en L2 permitiría además el uso de maniobras de asistencia gravitatoria con la Luna o la Tierra, lo que significaría reducir el combustible requerido para escapar del campo gravitatorio terrestre (efecto Oberth). Por ejemplo, en el caso de una misión a Marte, una nave podría aumentar su velocidad hasta 4,3 km/s usando esta arquitectura, pero sólo sería necesario combustible para un cambio de velocidad (Delta-V) de 1 km/s.
Un vehículo basado en la etapa superior Centaur sería capaz de trasladar una nave de siete toneladas hasta L2, donde llenaría sus depósitos para dirigirse posteriormente a Marte. Siete toneladas de carga útil son obviamente muy pocas para un programa tripulado, pero son más que suficientes para lanzar gigantescas sondas no tripuladas.
La red de tanques orbitales estaría basada en una nueva etapa superior criogénica derivada de la DSS (Delta Cryogenic Second Stage) del Delta IV y la Centaur del Atlas V. Esta etapa se denomina ACES (Advanced Common Evolved Stage) y viene en varias versiones según su masa: ACES41 y ACES73, con 41 y 73 toneladas de propergoles respectivamente. Las ACES pueden ir equipadas con uno, dos o cuatro motores RL10. A diferencia de las etapas criogénicas empleadas en los cohetes convencionales, ACES no tendría baterías, sistemas de actitud con hidrazina o helio para presurizar los tanques. El oxígeno y el hidrógeno líquido se usarían para generar la electricidad necesaria con pilas de combustible (también se usarían paneles solares), mientras que la presurización del sistema de propulsión se efectuaría gracias a los gases evaporados. Estas tecnologías, más fáciles de diseñar sobre el papel que hacerlas realidad, reciben el nombre de IVF (Integrated Vehicle Fluids). El uso de IVF permitiría ahorrar una tonelada de masa útil en la ACES41.
Etapa ACES (ULA).
Etapa ACES 41 (ULA).
Para poner en servicio la red de depósitos, primero serían necesarios cuatro lanzamientos. Dos cohetes Atlas V 554 pondrían en órbita dos tanques ACES73 parcialmente vacíos. Otros dos Atlas V 551 serían los encargados de lanzar dos etapas ACES41. A partir de estas etapas se crearían dos depósitos orbitales, uno en LEO y otro en L2, cada uno de ellos formado por una ACES73 con hidrógeno líquido y una ACES41 con oxígeno líquido. El conjunto recibirá el nombre de ACES121. Se utilizarían etapas ACES adicionales para cargar los depósitos con combustible según las necesidades.
Depósito orbital ACES121, la base del sistema de ULA (ULA).
Posteriormente despegaría una nave Orión modificada de 12 toneladas que emplearía una etapa ACES41 como módulo de servicio para ahorrar masa. Aprovechando los depósitos, la Orión tripulada podría realizar misiones con una Delta-V de 4,5 km/s, más que suficiente para insertarse en órbita lunar y regresar a la Tierra. Más interesante es el escenario en el que se hace uso de una versión modificada del Delta IV denominada Delta IV Heavy Lift Vehicle con capacidad para 36 toneladas en LEO. Con el Delta IV HLV, podríamos lanzar una Orión pesada de 20 toneladas con mayor cantidad de víveres y espacio para los astronautas. Con este vehículo, el sistema de depósitos permitiría alcanzar 6 km/s de Delta-V y sería posible visitar algún asteroide cercano (NEO). Si la Orión pesada cambia en L2 la etapa ACES41 por una ACES73, la Delta-V alcanzaría los 8,7 km/s. Usando esta energía disponible, se podría visitar casi cualquier NEO conocido.
Una Orión tripulada que emplea una ACES41 como módulo de servicio (ULA).
Distintos lanzamientos necesarios para una misión lunar (ULA).
Con el sistema de depósitos ACES sería posible realizar entre dos y cuatro misiones (tripuladas o no) al año, lo que requeriría nueve lanzamientos de cohetes Atlas V 552 -o similares- para poner un total de 200 toneladas en LEO. El coste estimado de estas operaciones sería de dos mil millones de dólares al año. Con el fin de llevar a cabo misiones de alunizaje, además de diseñar un módulo lunar, se debería incrementar la masa total en LEO a 300 toneladas anuales, lo que supone una cifra muy elevada de lanzamientos de cohetes convencionales (EELV).
Para desarrollar el sistema de tanques orbitales, ULA propone una serie de pasos intermedios. Primero se desarrollaría la pequeña etapa CRYOTE (Cryogenic Orbital Testbed) para probar las distintas tecnologías asociadas al ACES. Posteriormente se introduciría una serie de vuelos de prueba con etapas Centaur modificadas antes de construir una ACES operativa.
Etapas para el desarrollo del ACES (ULA).
CRYOTE y otros sistemas para probar las tecnologías de ACES (ULA).
En el futuro, la red de depósitos se podría emplear para misiones a Marte. Esto requeriría agrupar hasta seis depósitos que se usarían para poner rumbo a Marte las diversas naves de una expedición marciana, con una capacidad de 700 toneladas de combustible. Para conseguir esta masa, se podrían acoplar hasta seis ACES121.
Sistema de depósitos para una misión a Marte (ULA).
Por supuesto, este sistema no es la panacea. ULA se cuida muy mucho de mencionar que el mantenimiento de una red de depósitos de este tipo requiere un número elevadísimo de lanzamientos de EELV. Cierto es que si se empleara un lanzador con capacidad para 50 o 100 toneladas la cifra de despegues se reduciría de forma significativa, lo que supone un aliciente para el desarrollo del SD HLV por parte de la NASA. Otro inconveniente es que el sistema sólo es útil siempre y cuando exista una frecuencia relativamente alta de misiones, lo que resulta difícil en el caso de misiones a Marte.
La arquitectura de depósitos podría haber servido para apoyar el Camino Flexible propuesto por la Comisión Augustine el año pasado. Según esta versión del Programa Constelación, se habrían llevado a cabo durante la próxima década varias misiones de sobrevuelo de asteroides cercanos, la Luna y Marte por una fracción del coste total del programa lunar. Lamentablemente, la administración Obama canceló a principios de año el Programa Constelación y todas sus variantes, incluida el Camino Flexible.
Los depósitos orbitales en L2 no son nuevos. Se trata de un concepto que tuvo gran popularidad en los años 60 y 70, pero recientemente han resucitado con fuerza, seguramente ante la incapacidad por parte de las agencias espaciales para desarrollar un plan de exploración espacial robusto.
Sistema de depósitos orbitales de Boeing, parecido a la propuesta de ULA, pero usando el cohete Falcon 9 y con el objetivo de cargar de combustible los satélites en GEO (Boeing).
Por sí sola, la arquitectura de depósitos de combustible en L2 no supondrá ninguna revolución en la exploración espacial, pero, combinada con otros sistemas y tecnologías, es una pieza clave para la futura conquista del Sistema Solar.
Más información:
La masa de una nave tripulada marciana propulsada por combustibles químicos superaría las dos mil toneladas en órbita baja (LEO), pero los lanzadores más potentes actualmente en servicio sólo son capaces de poner en órbita 25 toneladas. Incluso si construyéramos un cohete gigante mayor que el Saturno V o el Energía, las limitaciones tecnológicas actuales obligarían a seguir dependiendo de la propulsión química, por lo que resulta realmente difícil diseñar un lanzador que supere las doscientas toneladas de capacidad en LEO. Es decir, necesitaríamos como mínimo diez lanzamientos de un cohete gigante para poder mandar una misión tripulada a Marte.
Usar depósitos de combustible orbitales es una vieja idea (NASA).
Este elevado número de lanzamientos es económicamente muy difícil de justificar, por no hablar de la complejidad de una misión así. Está claro que debemos idear otros mecanismos para reducir la masa de una nave interplanetaria. Cambiar el sistema de propulsión del vehículo es una opción, pero desgraciadamente nos encontramos con las mismas limitaciones tecnológicas y políticas que en el caso de los lanzadores. Otras alternativas pasan por dividir la nave marciana en varias unidades, utilizar los recursos locales del planeta rojo para generar agua y/o combustible (ISRU) o usar métodos de aerocaptura.
Todas estas opciones se han tenido en cuenta anteriormente en el diseño de muchas misiones, pero recientemente han cobrado fuerza varias propuestas de viajes interplanetarios que no requieren el uso de grandes cohetes. Este tipo de arquitectura espacial se basa en el uso de depósitos orbitales de combustible y ya fue presentada en 2009 por la empresa ULA (United Launch Alliance), encargada de los cohetes Delta IV y Atlas V, como alternativa al desaparecido Programa Constelación de la NASA.
La idea es muy simple. Primero, debemos tener en cuenta que la mayor parte de la masa de una nave espacial está formada por combustible que debe emplearse en las maniobras orbitales. La ecuación del cohete de Tsiolkovsky nos dice que un ligero aumento en la carga útil de una nave implica un incremento enorme en la masa total del vehículo, principalmente en forma de propergoles. Por lo tanto, si fuésemos capaces de reabastecernos de combustible en las distintas etapas de una misión, la masa inicial de una nave interplanetaria podría ser muchísimo menor.
La arquitectura de ULA se basa en el empleo de tanques de combustible (fuel depots) situados estratégicamente en distintos puntos del trayecto. Los depósitos tendrían que estar situados en el punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Luna, ya que la energía para alcanzar la velocidad de escape desde esta zona es mínima. Estos depósitos serían abastecidos mediante una red de tanques que partirían desde LEO. Los depósitos servirían para almacenar combustibles criogénicos (hidrógeno y oxígeno líquidos), los propergoles químicos más eficientes (mayor impulso específico) que se usan en la actualidad.
Puntos de Lagrange del Sistema Tierra-Luna.
Maniobra para alcanzar el punto L2 desde LEO.
Uno de los mayores problemas que surgen con este sistema de tanques orbitales es la evaporación del hidrógeno líquido. Para evitar que este elemento pase a estado gaseoso, es necesario refrigerarlo a -253º C, lo que requiere el empleo de una tecnología muy compleja. Hay que tener en cuenta que ni siquiera en el caso de los lanzadores terrestres que emplean hidrógeno líquido se ha conseguido evitar las fugas por evaporación. Por ejemplo, el transbordador espacial almacena combustibles criogénicos en el tanque externo (ET), pero, pese a que éste está cubierto por un sistema aislante -la famosa espuma anaranjada-, el hidrógeno debe fluir constantemente hasta casi el mismo momento del lanzamiento para compensar las pérdidas por evaporación. Desarrollar tecnologías que permitan guardar hidrógeno líquido durante largos periodos de tiempo (tecnologías ZBO, Zero Boil-Off) es harto complejo.
En el caso de misiones interplanetarias, el sistema de depósitos en L2 permitiría además el uso de maniobras de asistencia gravitatoria con la Luna o la Tierra, lo que significaría reducir el combustible requerido para escapar del campo gravitatorio terrestre (efecto Oberth). Por ejemplo, en el caso de una misión a Marte, una nave podría aumentar su velocidad hasta 4,3 km/s usando esta arquitectura, pero sólo sería necesario combustible para un cambio de velocidad (Delta-V) de 1 km/s.
Un vehículo basado en la etapa superior Centaur sería capaz de trasladar una nave de siete toneladas hasta L2, donde llenaría sus depósitos para dirigirse posteriormente a Marte. Siete toneladas de carga útil son obviamente muy pocas para un programa tripulado, pero son más que suficientes para lanzar gigantescas sondas no tripuladas.
La red de tanques orbitales estaría basada en una nueva etapa superior criogénica derivada de la DSS (Delta Cryogenic Second Stage) del Delta IV y la Centaur del Atlas V. Esta etapa se denomina ACES (Advanced Common Evolved Stage) y viene en varias versiones según su masa: ACES41 y ACES73, con 41 y 73 toneladas de propergoles respectivamente. Las ACES pueden ir equipadas con uno, dos o cuatro motores RL10. A diferencia de las etapas criogénicas empleadas en los cohetes convencionales, ACES no tendría baterías, sistemas de actitud con hidrazina o helio para presurizar los tanques. El oxígeno y el hidrógeno líquido se usarían para generar la electricidad necesaria con pilas de combustible (también se usarían paneles solares), mientras que la presurización del sistema de propulsión se efectuaría gracias a los gases evaporados. Estas tecnologías, más fáciles de diseñar sobre el papel que hacerlas realidad, reciben el nombre de IVF (Integrated Vehicle Fluids). El uso de IVF permitiría ahorrar una tonelada de masa útil en la ACES41.
Etapa ACES (ULA).
Etapa ACES 41 (ULA).
Para poner en servicio la red de depósitos, primero serían necesarios cuatro lanzamientos. Dos cohetes Atlas V 554 pondrían en órbita dos tanques ACES73 parcialmente vacíos. Otros dos Atlas V 551 serían los encargados de lanzar dos etapas ACES41. A partir de estas etapas se crearían dos depósitos orbitales, uno en LEO y otro en L2, cada uno de ellos formado por una ACES73 con hidrógeno líquido y una ACES41 con oxígeno líquido. El conjunto recibirá el nombre de ACES121. Se utilizarían etapas ACES adicionales para cargar los depósitos con combustible según las necesidades.
Depósito orbital ACES121, la base del sistema de ULA (ULA).
Posteriormente despegaría una nave Orión modificada de 12 toneladas que emplearía una etapa ACES41 como módulo de servicio para ahorrar masa. Aprovechando los depósitos, la Orión tripulada podría realizar misiones con una Delta-V de 4,5 km/s, más que suficiente para insertarse en órbita lunar y regresar a la Tierra. Más interesante es el escenario en el que se hace uso de una versión modificada del Delta IV denominada Delta IV Heavy Lift Vehicle con capacidad para 36 toneladas en LEO. Con el Delta IV HLV, podríamos lanzar una Orión pesada de 20 toneladas con mayor cantidad de víveres y espacio para los astronautas. Con este vehículo, el sistema de depósitos permitiría alcanzar 6 km/s de Delta-V y sería posible visitar algún asteroide cercano (NEO). Si la Orión pesada cambia en L2 la etapa ACES41 por una ACES73, la Delta-V alcanzaría los 8,7 km/s. Usando esta energía disponible, se podría visitar casi cualquier NEO conocido.
Una Orión tripulada que emplea una ACES41 como módulo de servicio (ULA).
Distintos lanzamientos necesarios para una misión lunar (ULA).
Con el sistema de depósitos ACES sería posible realizar entre dos y cuatro misiones (tripuladas o no) al año, lo que requeriría nueve lanzamientos de cohetes Atlas V 552 -o similares- para poner un total de 200 toneladas en LEO. El coste estimado de estas operaciones sería de dos mil millones de dólares al año. Con el fin de llevar a cabo misiones de alunizaje, además de diseñar un módulo lunar, se debería incrementar la masa total en LEO a 300 toneladas anuales, lo que supone una cifra muy elevada de lanzamientos de cohetes convencionales (EELV).
Para desarrollar el sistema de tanques orbitales, ULA propone una serie de pasos intermedios. Primero se desarrollaría la pequeña etapa CRYOTE (Cryogenic Orbital Testbed) para probar las distintas tecnologías asociadas al ACES. Posteriormente se introduciría una serie de vuelos de prueba con etapas Centaur modificadas antes de construir una ACES operativa.
Etapas para el desarrollo del ACES (ULA).
CRYOTE y otros sistemas para probar las tecnologías de ACES (ULA).
En el futuro, la red de depósitos se podría emplear para misiones a Marte. Esto requeriría agrupar hasta seis depósitos que se usarían para poner rumbo a Marte las diversas naves de una expedición marciana, con una capacidad de 700 toneladas de combustible. Para conseguir esta masa, se podrían acoplar hasta seis ACES121.
Sistema de depósitos para una misión a Marte (ULA).
Por supuesto, este sistema no es la panacea. ULA se cuida muy mucho de mencionar que el mantenimiento de una red de depósitos de este tipo requiere un número elevadísimo de lanzamientos de EELV. Cierto es que si se empleara un lanzador con capacidad para 50 o 100 toneladas la cifra de despegues se reduciría de forma significativa, lo que supone un aliciente para el desarrollo del SD HLV por parte de la NASA. Otro inconveniente es que el sistema sólo es útil siempre y cuando exista una frecuencia relativamente alta de misiones, lo que resulta difícil en el caso de misiones a Marte.
La arquitectura de depósitos podría haber servido para apoyar el Camino Flexible propuesto por la Comisión Augustine el año pasado. Según esta versión del Programa Constelación, se habrían llevado a cabo durante la próxima década varias misiones de sobrevuelo de asteroides cercanos, la Luna y Marte por una fracción del coste total del programa lunar. Lamentablemente, la administración Obama canceló a principios de año el Programa Constelación y todas sus variantes, incluida el Camino Flexible.
Los depósitos orbitales en L2 no son nuevos. Se trata de un concepto que tuvo gran popularidad en los años 60 y 70, pero recientemente han resucitado con fuerza, seguramente ante la incapacidad por parte de las agencias espaciales para desarrollar un plan de exploración espacial robusto.
Sistema de depósitos orbitales de Boeing, parecido a la propuesta de ULA, pero usando el cohete Falcon 9 y con el objetivo de cargar de combustible los satélites en GEO (Boeing).
Por sí sola, la arquitectura de depósitos de combustible en L2 no supondrá ninguna revolución en la exploración espacial, pero, combinada con otros sistemas y tecnologías, es una pieza clave para la futura conquista del Sistema Solar.
Más información:
- Evolving to a depot-based space transportation architecture, Frank Zegler y Bernard Kuttler (AIAA 2010-8638, agosto 2010).
Buena entrada!
ResponderEliminarRecuerdo que alguna vez has comentado que si se desarrolla el SD HLV estaría el problema de la falta de misiones para el mismo, para las que no hay presupuesto, ¿pero un vehículo así podría ser utilizado por empresas privadas? Lo digo porque si alguna gran compañía decidiera dedicarse a los depósitos de combustible lanzándolos usando el HLV de la NASA, podría tener un suculento negocio entre manos, abaratando los lanzamientos para todas las agencias…
¿Sabes si en algún sitio se han recopilado todas las propuestas de misiones que habría para lanzar con un HLV, y/o utilizando un sistema de depósitos como el descrito en la entrada?
Saludos!
Más nos vale que los "motores de hiperespacio" de las películas sean factibles y baratos y alguien los descubra pronto, porque si tenemos que depender de la propulsión química, me temo que nos queda muuucho tiempo de quedarnos en la tierra ;)
ResponderEliminarque hermosa entrada. Gracias por enseñarnos tantas cosas.
ResponderEliminarMe surge una pregunta, tal vez un poco tonta y ya respondida en el pasado. Porque actualmente para viajes de grandes distancias no se emplea energia nuclear para la propulsion de cohetes? es muy costosa? muy contaminante? y si se hace mas alla de esa etapa que estamos fuera de orbita terrestre y utilizan la tecnologia nuclear para ganar mas velocidad y reducir los tiempos...
Gracias :)
Una gran entrada. Y me gustaría añadir que en una hipotética misión conjunta Rusia podría encargarse de los depósitos, por su larga experiencia en subir cargas. Y USA de construir la cápsula y el modulo de descenso marciano, por su experiencia en misiones a Marte y capacidad tecnológica.
ResponderEliminarLuego se podría enviar astronautas de ambas naciones! Aunque dudo que veamos misiones así a corto plazo.
Muy buen artículo.
ResponderEliminarPor cierto, con 3 lanzamientos del Protón te planto un tio en la Luna. Eso de 300 toneladas es american-style, jejeje.
Los rusos dijeron ser capaces de alcanzar la Luna, darle vuelya y volver usando un cohete Protón y una nave Soyuz.
Pues se trataría de lanzar el primero cargando una etapa tipo Centaur (le llamaremos P1). El segundo con un módulo lunar y el tercero con una nave Soyuz.
En LEO, el módulo se monta encima del P1 y salen camino a la Luna.
El que lleva la Soyuz sale en vuelo directo a la Luna.
Se encuentran en órbita lunar, la Soyuz se pega al módulo, lo desconecta de P1, se da la vuelta y se enchufa ella al P1.
Se van los astronautas al módulo, hacen sus labores, suben, desechan el módulo, reinician el P1 y vuelven a casa.
Cuando escasea la potencia hay que pensar a lo cutre.
Lo triste es que a veces no se sabe si estamos leyendo noticias nuevas o el blog Beyond Apollo ;) Todas las propuestas "revolucionarias", incluso la propulsión nuclear en sus distintas variantes, ya se han planteado hace décadas, el problema es que nunca se elige un camino y se lo mantiene firme el suficiente tiempo. En ese sentido, prefería que se siguera el Constellation con bajo presupuesto, aunque no diera resultados hasta 2030 o 2040, que volver a cambiar de plan
ResponderEliminarno se, se me retuercen las entrañas por el dilema, farragoso sistema de gasolineras, a todas luces exoticamente caro, pero probado y factible, y por otro lado prometedoras tecnologias ionicas movidas por reactores nucleares, aun demasiado verdes, aunque excitantes, pero marcadas por el estigma politico del uranio volador, tambien exoticamente caro.
ResponderEliminarpd: daniel, estos articulos son los que justificarian un pequeño foro, discutir en los comentarios, esta bien, mola bastante, pero un sano foro... te daria mas cache, serias como space.com, pero en humilde, mas dolores de cabeza, pero con estilo.
Pues no se soluciona mucho por que lo que se quiere ahorrar en lanzamientos para montar una nave los tienes que gastar subiendo combustible para los depositos, que resulta lo mismo.
ResponderEliminarLo unico es que asegura trabajo construyendo modulos y cohetes.
la masa final es la misma, solo cambias la manera, en vez de hacer una nave de 100 en total ,haces una nave de 20 toneladas y subes 90 en combustible por decir algo.
Es como comprar a plazos.
El futuro es vasimr, atomico , y no quimico
Si la NASA dice que cuesta dos mil millones seguro que cuesta el triple. No es una mala idea pero me convence mas la idea de Rusia con el remolcador espacial,es un desarrollo a largo plazo pero mas practico (en teoría).
ResponderEliminarDouglas, los dos principales problemas son la política y el dinero.
El VASIMR con un reactor de fisión nuclear, y nos dejamos de dar vueltas.
ResponderEliminarEstoy con el último Anónimo.
ResponderEliminarFantástica entrada pero... me acabo de venir abajo. Si esto es lo que necesitamos para ir a Marte, me da a mí que lo dejamos para el siglo XXII.
ResponderEliminar¿Todo por no querer usar energía nuclear?
Yo creo que si esta arquitectura solo se basa en cohetes químicos y recarga desde la Tierra, en efecto, creo que es un poco como comprar a plazos.
ResponderEliminarAhora bien, si combinamos esto con un remolcador iónico, que aunque lento, nos puede mover los depósitos entre LEO y los diferentes puestos de recarga, así como un puesto de fabricación de combustible en la Luna (esta sería la parte más difícil y llevaría algunas décadas desarrollarla), se convertiría en una propuesta a largo plazo.
No veo la propuesta de motores iónicos como una solución realista para viaje rápido, pero estos motores creo que sí están preparados para servir como lentos pero económicos remolcadores interplanetarios.
Un par de matizaciones para intentar aclarar algunos puntos:
ResponderEliminar1- la arquitectura de depósitos orbitales sólo es eficiente y útil si se realizan varias misiones en pocos años. Obviamente, para una o dos misiones cada 10 años no tiene sentido desarrollar este sistema. Para un viaje a Marte su ventaja es limitada, cierto, pero si se combina con misiones lunares o a NEOs, empieza a ser muy atractiva.
2- No es incompatible con el uso de energía nuclear térmica: la mayoría de motores de este tipo queman hidrógeno líquido, así que se simplificaría aún más el sistema de tanques.
Saludos.
@Darksapiens: pues no conozco un sitio como el comentas, la verdad. Con respecto al SD HLV, veo difícil que pueda ser práctico para empresas privadas,debido a su enorme tamaño y alto coste. Otra cosa es que fuera ofertado en el mercado por un precio menor del real, como el shuttle en los 80.El interés de ULA en este asunto es obvio: su objetivo es sobre todo el mercado GEO, algo que podrían dominar con un sistema así.
ResponderEliminar@Ignacio: el sistema no es incompatible con el uso de energía nuclear térmica, por ejemplo.
@Douglas: ¡gracias! No se emplea energía nuclear por motivos políticos, principalmente. Pero cuidado, la energía nuclear térmica (NERVA, Kiwi, YaRD), no representa una ventaja revolucionaria con respecto a la propulsión química en una misión a Marte, que nadie se engañe. Sí, es mucho mejor, pero sus inconvenientes también lo son. La propulsión nuclear eléctrica (VASIMR incluida) sí que supone un gran salto adelante.
@Xavi: totalmente de acuerdo. Una misión a Marte deberá ser internacional o no ser.
Saludos.
@Sparkster: lo de las 300 t es, efectivamente, American-style, jeje. Esta cantidad tan enorme de masa era el requisito para sustituir al Programa Constelación, pero puedes mandar un hombre a la Luna con menos masa en LEO.
ResponderEliminar@Anónimo: todo un honor que me compares con Beyond Apollo, uno de mis blogs de referencia. Los depósitos orbitales no son nuevos, pero la idea de usarlos en L2 para sustentar una arquitectura lunar o marciana sí que es relativamente reciente. De todas formas, en astronáutica ya está casi todo inventado ;-)
@tomassino: yo también prefiero la propulsión nuclear eléctrica. En cuanto al foro, es buena idea, pero me temo que no tengo tiempo para algo así, esto del blog ya se me iría de las manos. Te recomiendo sondasespaciales.com, un buen foro en español sobre estos temas.
@Anónimo2, @octopus: este sistema puede ser usado con el VASIMR. De todas formas, el VASIMR tampoco es la panacea, desgraciadamente. Para misiones tripuladas necesita enormes reactores nucleares. Pero vamos, que conste que a mí me encanta el VASIMR.
@Anónimo3: la propuesta no es de la NASA, sino de ULA, pero seguro que los costes se multiplican igualmente.
@JorgeC: como digo en el post, este sistema por sí sólo no va a revolucionar nada, pero junto con otros sistemas de propulsión sí que puede ser muy útil.
@Zanstel: exactamente, se podría combinar esta arquitectura con el uso de motores iónicos o de plasma, lo que aumentaría su eficiencia.
Un saludo a todos.
Gran artículo!
ResponderEliminarIba a escribir rápidamente un comentario, sumándome a la idea de Tomassino sobre un foro, pero al leer tu respuesta, Daniel, me has dejado chafado. ;-/
Una lástima; sería interesante compartir opiniones y datos de ese modo.
Me disculpo de antemano por ser tan terco como para reeditar mi opinión -abundando en lo que ya han comentado otros lectores anteriormente-, pero el diseño de la arquitectura de ULA para los viajes interplanetarios se basa en la "dichosa" propulsión química, que a pesar de su eficiencia y amplio desarrollo -y mayoritario uso-, no deja de mostrar sus enormes inconvenientes para desarrollar un viaje viable al planeta rojo (al menos, antes de que algun@s de nosotr@s acabemos "publicados" en la página de las necrológicas...).
Ojalá la decisión del presidente Obama sirva para desarrollar de forma efectiva y práctica nuevas tecnologías de propulsión espacial... O al menos, que sirva para darle impulso a otros sistemas de propulsión minoritarios hoy día, como el eléctrico-iónico.
Un saludo!
@xerman @Daniel: lo del foro fue una idea alegre, pero no os penseis que va en serio, ya se que daniel no puede gestionarlo, no sin sacrificios innecesarios.
ResponderEliminar¿Nadie a pensado en utilizar hielo para evitar que se evapore el combustible? Ya se que dirán que un sistema así seria mucho mas complejo, poco eficiente energeticamente. Pero precisamente para este tipo de sistemas, bajo demanda, el tiempo que pueden permanecer a la espera es esencial. Tan solo necesitarían provocar la hidrólisis con la suficiente antelación usando la energía recogida con los paneles.
ResponderEliminarSupongo que esto además de complicar enormemente el sistema lo hace más inestable, requiriendo mas mantenimiento, pero aumenta la seguridad del satélite puesto que el combustible estaría en una forma "latente" durante mucho tiempo.
Lo más triste de la exploración espacial es depender de decisiones de los politicos...que se basan a su vez en decisiones económicas/por razón de votos. Un sistema como el propuesto, a mi entender factible desde hace bastantes años, podría suponer el "achuchón" que necesita les misiones de exploración tripuladas. Sobretodo si queremos establecer puestos permanentes fuera de LEO.
ResponderEliminarLo que no cabe duda es que si en Marte se hubiese descubierto presencia de petróleo o algún otro tipo de combustible milagroso (Como en "Total Recall"), la triste realidad sería que YA estaríamos allí. Y no de visita, sino instalados...Es curioso que al final solo hay dos tipos de motivaciones que permiten al ser humano dar estos pasos: "egoistas" (explotación de recursos, beneficios) o de mera supervivencia...lo cual muchas veces me lleva a plantearme que como especie, dejamos mucho que desear.
Sería interesante que un día pudiésemos ver este sistema, junto con naves de impulsión iónica con motores nucleares (es curioso, a los politicos no parece gustarle poner un reactor nuclear en órbita dirección a Marte...pero no les importa sumergirlos y pasearlos tan ricamente en submarinos y portaaviones por todos los puertos del mundo) y ascensores espaciales que agilizaran la colonización del Sistema Solar. Sería digno de verse. Y sobre toodo espero ver algún día un hombre llegar (de nuevo) a la luna o a otro mundo (como tantos otros que nacimos después de la última misión Apolo), aunque mucho me temo que esta alegría me la darán antes los chinos o los indios :)
Que triste para la humanidad que halla personas que esten pensando en llegar a marte, para que?, teniendo tantos problemas que resolver en la tierra que vivimos, esos recursoa mal gastados en mi concepto beberian ser utizados en la construccion de escuelas, hospitales,alimentacion y un largo etcetera de problemas que noa aquejan actualmentecomo humanos
ResponderEliminarcomo reportaje excelente
Es una opinión muy común la de PEPELO (perfectamente valida), pero hay que recordar que en el mundo se gasta miles de millones de dolares por año en guerras y en la industria armamentista. Eso si que se puede considerar un gasto inútil que no aporta nada a la humanidad.
ResponderEliminarQue bueno sería una entrada que clarifique todos los avances que trajo en el día a día la exploración espacial.
ResponderEliminarPor otro lado, tampoco está muy fundamentado en la historia humana, que demuestra como en numerosas ocasiones las civilizaciones que se volcaron hacía dentro y rechazaron la exploración y expansión se volvieron decadentes o simplemente desaparecieron. Un ejemplo clásico es la China de la dinastía Ming, con Zheng He y la flota del tesoro (época en la cual China era la potencia mas rica y avanzada del mundo), con la cual podrían haberse convertido en una potencia de ultramar preponderante (pero ojo, no colonialista). En cambio, con la muerte de Zheng He, deciden hacer todo lo contrario y se aíslan, cancelando las expediciones navieras. El resultado, un imperio en decadencia que es consumido por sus problemas internos, y que termina delegando su poder a las futuras potencias occidentales.
Pero mira como es el destino, paradójicamente luego de casi 6 siglos, el poder nuevamente regresa lentamente a China gracias a la reforma y apertura que hizo Deng Xiaoping en los 80s. Creo que esto demuestra claramente como cerrarse y aislarse es lo peor que uno puede hacer esperando solucionar algo.
Demás estaría decir algo tan trivial, como que gracias a la exploración y expansión el hombre primitivo pudo salir de su tierra natal en África y colonizar el mundo.
Saludos!
P.D: Que seríamos sin los hombres con visión de largo plazo, lamentablemente los que toman las decisiones, es decir los políticos no lo son y se rigen en cuestiones cortoplacistas. O utilizan la demagogia, como lo que hace PEPELO, que mira la paja en el ojo ajeno en lugar de analizar y darse cuenta de los problemas estructurales que estamos sufriendo, en cambio realiza ese tipo de análisis superficial. Igualmente es simple, sólo hay que recordar que los recursos en La Tierra son finitos (como en su momento lo fue en África).
En respuesta a PEPELO, he de decir que hace unos meses escribí una entrada sobre el tema, que puede encontrarse aquí.
ResponderEliminarMe apena que ante cosas como la exploración espacial o el LHC haya tanta gente que considere que ese dinero debería invertirse en otras cosas, cuando precisamente es esta investigación básica y la gran cantidad de tecnologías desarrolladas lo que nos proporciona enormes beneficios… Por poner un par de ejemplos, muchísima gente que trabaja en el LHC está a la vez desarrollando formas de tratar y curar el cáncer, debido a que se hace con aceleradores de partículas, y además puede que la exploración de Marte nos haya salvado de la guerra nuclear al dar pie a las investigaciones sobre los efectos atmosféricos globales que conllevaría la misma.
Saludos.
Tojeiro. A mí se me había ocurrido algo parecido.
ResponderEliminarEn vez de en forma de hielo, que implica que hay que suministrar mucha energía, se me ocurría que el tante de hidrógeno podría estar dentro de otro tanque con oxígeno a baja presión (y poca cantidad, por si acaso hubiera una gran fuga de hidrógeno), y las pequeñas fugas del tanque de hidrógeno acabarían convertidas en vapor de agua, que mediante un sistema de condensación en hidrólisis podría recuperar el hidrógeno y rebombearlo.
Dado que las fugas serían pequeñas, la necesidad energética también, por lo que unos depósitos en órbita con paneles deberían poder hacerlo sin problemas.
Me parece una idea demasiado obvia para que no se les haya ocurrido, así que seguro que lo han hecho y lo han rechazado por algo, aunque no se el que.
Pepelo, estoy en parte de acuerdo contigo. A dia de hoy no se justifica un viaje tripulado a Marte desde un punto de vista cientifico. Ahora bien, los problemas que hay en el mundo no se resuelven dando dinero, muy al contrario se resuelven quitando dinero.
ResponderEliminarSi se dejase de invertir enormes cantidades de dinero de todos en alimentar a los cietos de dictadores y asesinos y delincuentes que gobiernan a lo ancho del mundo, si no hubiese mas dinero de todos para engordar empresas y bancos y contubernios que explotan gente y recursos que no les pertenecen, si cortasen el grifo del dinero pulico a aquellos que inventan guerras y venden armas, el mundo seria muchisimo mejor y sin invertir un duro. De hecho todos ganariamos dinero que podria emplearse aparte de las cosas importantes que has mencionado, para explorar el espacio serimente.
El sistema actual de un bando jodiendo a millones de personas y otro bando ayudando a esas millones de personas y pagando ( normalmente sin ser muy conscientes) a los que joden, tal vez puede mejorar un poco, temporalmente y a corto plazo la vida de algunas personas, pero evidentemente es un disparate.
No quiero crear polemica, y menos en este fantastico blog, pero es lo que pienso.
"A los pobres no le des pescado, enséñales a pescar"
ResponderEliminarEso es lo que hace la ciencia y la tecnología en general, y la exploración espacial en particular como una de sus aristas.
Muy interesante el artículo, me ha hecho ver que los depósitos son algo más que ciencia ficción, y que con la tecnología actual ya son factibles.
ResponderEliminarSerían una opción interesante a seguir si la NASA y los EEUU se deciden YA a tomar un camino. Podrían facilitar poquito a poco el acceso a un asteroide cercano, a la Luna o a Marte.
Podría ser una linea de desarrollo que tuviese una continuación más tarde en los motores nucleares de aceleración de iones basados en VASIMR. Aunque muy largo, sería un camino coherente para ir más allá de LEO.
Coincido contigo, creo que es una idea madura y con muchas posibilidades. Esperemos que algún día sirva para algo.
ResponderEliminarSaludos.
Muy buen artículo. Felicidades.
ResponderEliminarTodavía está lejos el día en que la navegación espacial sea una realidad. Por el momento, es algo “científico”, en manos de aventureros. No existe una motivación para ello, más allá de nuestra sed de conocimientos.
Construir una nave espacial en la tierra es como construir un portaviones en Madrid y llevarlo a Valencia por carretera una vez construido. Una idiotez. Los barcos se fabrican en astilleros que están al lado del mar, y las naves espaciales deben construirse en el espacio. Lo más que podemos hacer aquí es un “cohetito” y no una nave hecha para navegar por el espacio. Si tuviera que posarse en la tierra, quedaría destruida por la propia gravedad terrestre, por el escudo térmico necesario para cruzar la ionosfera, o peor aún, destruiría al ser humano en un cataclismo como el de los dinosaurios. Pero no ha de pensarse para eso, sino para navegar por el espacio. Como un barco enorme, que fuera del océano no hay dios que lo mueva, pero en el espacio es grácil y veloz. El transporte hasta la nave sería otro tema, que habría de hacerse mediante transbordadores.
Por supuesto, esto no es un cohete de usar y tirar, sino la joya de la ingeniería terrestre y el orgullo de sus naciones.
A la propuesta de Daniel de construir un punto de abastecimiento en Lagrange L2 yo añadiría la de crear una estación espacial en ese lugar y montar la nave con materiales procedentes tanto de la tierra como de la luna. Ello implica la creación de una industria siderúrgica lunar que aportará como resultado oxígeno liberado de los óxidos metálicos, parte del cual puede ser lanzado hasta L2 en cisternas de titanio construidas en la luna, ahorrándose gran cantidad de recursos terrestres y con un valor futuro añadido, ya que la luna es nuestro astillero espacial natural.
Una autentica nave espacial debe permitir a sus tripulantes viajar con comodidad por el espacio durante años. Por ello, no solo debe ser lo suficientemente grande como para albergar grandes depósitos de agua u otros elementos. También ha de incluir, talleres, laboratorios, invernaderos, acuarios y un puente de mando con fastuosos asientos reclinables. Claro que, para mover este trasto, se necesitaría un reactor nuclear. Lo cual es lo lógico y habitual en el espacio. Sobre nuestras cabezas, brillan millones de ellos. Aunque tampoco ha de desdeñarse la energía del sol como complemento.
Una nave semejante podría aprovisionarse de los materiales extraidos de cometas o asteroides y transformarlos en propelente, además de otros usos. En un viaje a marte podría atracar sobre Phobos, que es una dendrita carbonácea y como tal, contiene interesantes materiales volátiles, además de abundante hielo de agua. - Por cierto, que al indicar la posibilidad de encerrar el hidrógeno rodeándolo de oxígeno, Zanstel ha descrito perfectamente el funcionamiento de un gasómetro moderno de membranas de los de tipo esférico. Un gas encerrando a otro.
Todo esto cuesta muuuuuuucha pasta. Pero creo firmemente que es la mejor inversión que jamás haríamos. Especialmente cuando llegue el día en que un NEO grandecito nos tenga en el punto de mira.
¿Por qué montar toda esta movida en lugar de gastarlo en escuelas u hospitales?. Bueno. Contestando a Pepelo: Nuestra evolución como especie pasa por la realización de una serie de logros. Si en lugar de construir las pirámides los egipcios hubieran gastado los recursos en escuelas y hospitales, probablemente los esclavos hebreos hubieran vivido mejor pero las pirámides no existirían hoy en día. Una cosa no excluye a la otra.
¿Por qué fabricar una nave espacial?. Para ampliar nuestro conocimiento del cosmos, para comprender qué es la vida, quienes somos.... Pero, sobre todo, para cabrear a los romulanos.
Un cordial saludo
Sergei
Gracias por tu aporte, Sergei.
ResponderEliminarSaludos.