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Portal lunar

Lunar Gateway , o simplemente Gateway , es una estación espacial que los participantes del programa Artemis planean montar en una órbita cercana a la Luna . El Gateway está destinado a servir como centro de comunicaciones, laboratorio científico y módulo de habitación para los astronautas . Se trata de un proyecto colaborativo multinacional: entre los participantes se encuentran la NASA , la Agencia Espacial Europea (ESA), la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA), la Agencia Espacial Canadiense (CSA) y el Centro Espacial Mohammed Bin Rashid (MBRSC). Está previsto que Gateway sea la primera estación espacial más allá de la órbita terrestre baja . [4] [5]

Se espera que las disciplinas científicas que se estudiarán en el Gateway incluyan ciencia planetaria , astrofísica , observación de la Tierra , heliofísica , biología espacial fundamental y salud y desempeño humanos . [6] Está previsto que la construcción se lleve a cabo en la década de 2020. [7] [8] [9] El Grupo Internacional de Coordinación de Exploración Espacial (ISECG), que está compuesto por 14 agencias espaciales, incluida la NASA, ha llegado a la conclusión de que los sistemas Gateway serán fundamentales para ampliar la presencia humana a la Luna , a Marte y a zonas más profundas. hacia el Sistema Solar . [10]

Se espera que el proyecto desempeñe un papel importante en el programa Artemis después de 2024. Si bien el proyecto está dirigido por la NASA, el Gateway debe ser desarrollado, mantenido y utilizado en colaboración con la CSA , la ESA , la JAXA y socios comerciales. Servirá como punto de partida para la exploración robótica y tripulada del polo sur lunar y es el punto de partida propuesto para el concepto de Transporte en el Espacio Profundo de la NASA para el transporte a Marte. [11] [7] [12]

Historia

Fondo

El Módulo de Comando y Servicio Apollo fue la primera nave espacial tripulada en órbita lunar que realizó acoplamientos y transferencias de tripulación con otra nave espacial, el módulo de aterrizaje Apollo . Las bases lunares , como la primera Tranquility Base , así como los conceptos para bases lunares, han sido el foco principal de la presencia humana en la Luna.

Nombres anteriores

Anteriormente conocida como Deep Space Gateway ( DSG ), la estación pasó a llamarse Lunar Orbital Platform-Gateway ( LOP-G ) en la propuesta de la NASA de 2018 para el presupuesto federal de los Estados Unidos de 2019. [13] [14] Cuando el presupuesto de la NASA se convirtió en ley el 15 de febrero de 2019, [15] el Congreso había comprometido 450 millones de dólares para estudios preliminares. [15] [16]

Estudios

Concepto de 2012 para el hábitat del espacio profundo , que consta de una etapa de propulsión criogénica , un módulo de hábitat derivado de la ISS y un MPLM.

Una propuesta anterior de la NASA para una estación cislunar se hizo pública en 2012 y se denominó Hábitat del Espacio Profundo . Esa propuesta generó financiación en 2015 en el marco del programa NextSTEP para estudiar los requisitos de los hábitats del espacio profundo. [17] En febrero de 2018, se anunció que los estudios NextSTEP y otros estudios de socios de la ISS ayudarían a guiar las capacidades requeridas de los módulos habitacionales de Gateway. [18] El elemento de propulsión y energía eléctrica solar (PPE) del Gateway era originalmente parte de la ahora cancelada Misión de Redireccionamiento de Asteroides . [19] [20] El 7 de noviembre de 2017, la NASA pidió a la comunidad científica mundial que presentara conceptos para estudios científicos que pudieran aprovechar la ubicación de Deep Space Gateway en el espacio cislunar. [6] El Taller científico conceptual de Deep Space Gateway se llevó a cabo en Denver, Colorado, del 27 de febrero al 1 de marzo de 2018. Esta conferencia de tres días fue un taller en el que se realizaron 196 presentaciones sobre posibles estudios científicos que podrían avanzar mediante el uso de la salida. [21]

En 2018, la NASA inició el concurso Enlace Académico de Conceptos de Sistemas Aeroespaciales Revolucionarios (RASC-AL) para que las universidades desarrollen conceptos y capacidades para el Gateway. Se pidió a los competidores que emplearan ingeniería y análisis originales en una de cuatro áreas; "Operaciones y utilización de puertas de enlace sin tripulación", "Acceso humano a la superficie lunar basado en puertas de enlace", "Logística de puertas de enlace como plataforma científica" y "Diseño de un remolcador cislunar basado en puertas de enlace". Se pidió a equipos de estudiantes de pregrado y posgrado que enviaran una respuesta antes del 17 de enero de 2019 que abordara uno de estos cuatro temas. La NASA seleccionó 20 equipos para continuar desarrollando los conceptos propuestos. Catorce de los equipos presentaron sus proyectos personalmente en junio de 2019 en el Foro RASC-AL en Cocoa Beach, Florida, y recibieron un estipendio de US$ 6.000 para participar en el Foro. [5] La "Exploración Lunar y Acceso a Regiones Polares" de la Universidad de Puerto Rico en Mayagüez fue el concepto ganador. [22]

La NASA dio a conocer el nombre de la estación espacial en órbita lunar en noviembre de 2019, y Gateway con su nombre y logotipo asociados con el símbolo de la frontera estadounidense del Arco Gateway de St. Louis . [23]

Participantes internacionales

El 27 de septiembre de 2017 se anunció una declaración conjunta informal sobre la cooperación en relación con el programa entre la NASA y Roscosmos de Rusia . [9] Sin embargo, en octubre de 2020, Dmitry Rogozin , director general de Roscosmos, dijo que el programa está demasiado “centrado en Estados Unidos” para que Roscosmos participe en él, [24] y en enero de 2021, Roscosmos anunció que no participaría en el programa. [25]

A partir de enero de 2024, la Agencia Espacial Canadiense (CSA), la Agencia Espacial Europea (ESA), la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) y el Centro Espacial Mohammed Bin Rashid (MBRSC) planean participar en el proyecto Gateway, cada uno de los cuales contribuirá con un robot. brazo llamado Canadarm3 (CSA), hardware de comunicaciones y reabastecimiento de combustible, capacidad de habitación e investigación y un módulo de esclusa de aire. Estos elementos internacionales están destinados a lanzarse después de que los elementos iniciales PPE y HALO de la NASA se coloquen en órbita lunar y algunos se manifestarán conjuntamente con las misiones Artemis. [26]

Potencia y propulsión

Gateway - Elemento de potencia y propulsión

El 1 de noviembre de 2017, la NASA encargó cinco estudios de cuatro meses de duración sobre formas asequibles de desarrollar el elemento de potencia y propulsión (PPE), aprovechando los planes de empresas privadas. Estos estudios tuvieron un presupuesto combinado de 2,4 millones de dólares. Las empresas que realizaron los estudios de PPE fueron Boeing , Lockheed Martin , Orbital ATK , Sierra Nevada y Space Systems /Loral. [27] [20] Estos premios se suman al conjunto en curso de premios NextSTEP-2 otorgados en 2016 para estudiar el desarrollo y crear prototipos terrestres de módulos de hábitat que podrían usarse en Gateway, así como en otras aplicaciones comerciales, [12] por lo que es probable que el Gateway también incorpore componentes desarrollados bajo NextSTEP. [20] [28] El PPE utilizará cuatro propulsores de efecto Hall Busek BHT-6000 de 6 kW [29] [30] [31] y tres propulsores de efecto Hall de 12 kW NASA / Aerojet Rocketdyne Advanced Electric Propulsion System (AEPS) para una potencia total del motor ligeramente inferior a 50 kW. [32] En 2019, el contrato para fabricar el EPI se adjudicó a Maxar Technologies . [33] Después de un período de demostración de un año, la NASA "ejercería una opción de contrato para tomar el control de la nave espacial". [34] Su tiempo de servicio esperado es de unos 15 años. [35] A finales de 2023, se informó que se estaban realizando pruebas de calificación de vuelo en los propulsores del elemento de potencia y propulsión. [36]

Órbita y operaciones

El Gateway se desplegará en una órbita de halo casi rectilínea (NRHO) alrededor de la Luna. [37] La ​​excentricidad del NRHO elegido lleva la estación a 1.500 km (930 millas) de la superficie del polo norte lunar en su máxima aproximación, y hasta 70.000 km (43.000 millas) sobre el polo sur lunar , con un período de unos 7 días. [3] [38] [39] Una de las ventajas de un NRHO es la cantidad mínima de apagón de comunicaciones con la Tierra .

Viajar hacia y desde el espacio cislunar (órbita lunar) tiene como objetivo desarrollar el conocimiento y la experiencia necesarios para aventurarse más allá de la Luna y adentrarse en el espacio profundo. El NRHO propuesto permitiría que las expediciones lunares desde Gateway alcancen una órbita polar baja con un Δ v de 730 m/s y medio día de tiempo de tránsito. El mantenimiento de la posición orbital requeriría menos de 10 m/s de Δ v por año, y la inclinación orbital podría cambiarse con un gasto de Δ v relativamente pequeño , permitiendo el acceso a la mayor parte de la superficie lunar. La nave espacial lanzada desde la Tierra realizaría un sobrevuelo motorizado de la Luna v ≈ 180 m/s) seguido de una inserción de NRHO Δ v ≈ 240 m/s para acoplarse con el Gateway a medida que se acerca al punto de apoapsis de su órbita. El tiempo total de viaje sería de 5 días; el regreso a la Tierra sería similar en términos de duración del viaje y requisito de Δv si la nave espacial pasa 11 días en el Portal. La duración de la misión tripulada de 21 días y Δ v ≈ 840 m/s está limitada por las capacidades de los sistemas de propulsión y soporte vital de Orion. [40]

Gateway será la primera estación espacial modular con calificación humana y que funcionará de forma autónoma la mayor parte del tiempo en sus primeros años, además de ser la primera estación espacial profunda, lejos de la órbita terrestre baja . Esto será posible gracias a un software de control ejecutivo más sofisticado que el de cualquier estación espacial anterior, que supervisará y controlará todos los sistemas. La arquitectura de alto nivel la proporciona el laboratorio de Robótica e Inteligencia para Vuelos Espaciales Tripulados de la NASA y se implementa en las instalaciones de la NASA. Es posible que el Gateway también respalde el desarrollo y las pruebas de utilización de recursos in situ (ISRU) de fuentes lunares y de asteroides [41] y ofrecería la oportunidad de una acumulación gradual de capacidades para misiones más complejas a lo largo del tiempo. [42]

Animación de la Puerta Lunar
  Portal Lunar  ·   Tierra  ·   Luna

Estructura

Puerta Lunar propuesta completa
Cuatro astronautas dentro del módulo de maqueta Gateway en las instalaciones de procesamiento de la estación espacial en el Centro Espacial Kennedy , Florida
Foto de grupo de los empleados de la NASA y Lockheed Martin con una maqueta de entrenamiento de los módulos Gateway dentro de la SSPF

Para apoyar la primera misión tripulada a la estación ( Artemis 3 ) planificada para 2026, Gateway será una mini estación espacial minimalista compuesta por solo dos módulos: el Elemento de Potencia y Propulsión (PPE) y el Puesto Avanzado de Vivienda y Logística (HALO). . [43] [44] Tanto PPE como HALO se ensamblarán en la Tierra y se lanzarán juntos en un Falcon Heavy en noviembre de 2025, [1] y se espera que alcancen la órbita lunar después de nueve a diez meses. [45] El módulo I-Hab, una contribución de la ESA y JAXA, se lanzará en el SLS Bloque 1B como una carga útil co-manifestada en la misión Orion tripulada Artemis 4. [46] Todos los módulos se conectarán utilizando el estándar internacional del sistema de acoplamiento . [47]

Módulos planificados

Módulos propuestos

Concepto artístico (obsoleto) de Lunar Gateway orbitando la Luna . El Orion MPCV está atracado a la izquierda.

El concepto de Gateway aún está evolucionando y se pretende que incluya los siguientes módulos: [82]

Construcción

Se espera que los vuelos tripulados al Gateway utilicen Orion y SLS, mientras que otras misiones las realicen proveedores de lanzamiento comerciales. En marzo de 2020, la NASA anunció a SpaceX con su futura nave espacial Dragon XL como el primer socio comercial en entregar suministros a Gateway (ver Gateway Logistics Services ). [85]

Fase 1

Los dos primeros módulos (PPE y HALO) se lanzarán juntos en el cohete Falcon Heavy en noviembre de 2025. [1] [56]

Crítica

Los funcionarios de la NASA promocionan el Gateway como un "módulo de comando reutilizable" que podría dirigir actividades en la superficie lunar. [87] Sin embargo, Gateway ha recibido reacciones en su mayoría negativas de los profesionales espaciales.

Michael D. Griffin , ex administrador de la NASA, dijo que el Gateway podría ser útil sólo después de que haya instalaciones en la Luna que produzcan propulsor que pueda transportarse al Gateway. Griffin cree que una vez logrado esto, el Gateway serviría como depósito de combustible. [87] En un testimonio escrito ante el Congreso, Griffin declaró que la arquitectura actual que requiere la puesta en escena de operaciones en un Portal basado en una órbita de halo casi rectilínea polar lunar (NRHO) con un período de 6,5 días era desventajosa en ese retorno inmediato al Portal. desde la superficie lunar sólo es posible en centros de 6,5 días y que ninguna misión lunar humana temprana debería aceptar conscientemente el riesgo de dejar varada a una tripulación, ya sea en la superficie o en la órbita lunar, durante días seguidos. [88]

Clive Neal, geólogo de la Universidad de Notre Dame y defensor del programa de exploración lunar, calificó el Gateway como "una pérdida de dinero" y afirmó que la NASA "no está cumpliendo con la política espacial al construir una estación espacial orbital alrededor de la Luna". [89]

El ex administrador asociado de la NASA, Doug Cooke, escribió en un artículo en The Hill que afirma: "La NASA puede aumentar significativamente la velocidad, la simplicidad, el costo y la probabilidad de éxito de la misión al aplazar Gateway, aprovechar SLS y reducir las operaciones de misión crítica". También escribió: "La NASA debería lanzar los elementos del módulo de aterrizaje (ascenso y descenso/transferencia) en un SLS Block 1B. Si se requiere un elemento de transferencia independiente, se puede lanzar en un lanzador comercial". [90]

George Abbey , ex director del Centro Espacial Johnson de la NASA , dijo: "El Gateway es, en esencia, construir una estación espacial para orbitar una estación espacial natural, es decir, la Luna. [...] Si vamos a regresar a la Luna, deberíamos ir directamente allí, no construir una estación espacial para orbitarla". [91]

El ex astronauta de la NASA Terry W. Virts , que fue piloto del STS-130 a bordo del transbordador espacial Endeavour y comandante de la ISS en la Expedición 43 , escribió en un artículo de opinión en Ars Technica que el Gateway "encadenaría la exploración humana, no la permitiría". ". También dijo: "Si no tenemos el objetivo [de Gateway], estamos anteponiendo la proverbial gallina al huevo desarrollando " Géminis " antes de saber cómo será " Apolo ". Independientemente de un destino futuro, como alguien que vivió en la ISS durante 200 días, no puedo imaginar una nueva tecnología que pueda desarrollarse o validarse mediante la construcción de otra estación espacial modular. Sin un objetivo específico, es poco probable que podamos identificar alguna". Terry criticó además a la NASA por abandonar su objetivo planificado de separar a la tripulación de la carga, que se puso en marcha tras el desastre del transbordador espacial Columbia en 2003. [92] El astronauta del Apolo 11, Buzz Aldrin, declaró que está "bastante en contra del Gateway" y que "Usar el Gateway como área de preparación para misiones robóticas o humanas a la superficie lunar es absurdo". Aldrin también cuestionó el beneficio de la idea de enviar "una tripulación a un punto intermedio en el espacio, coger allí un módulo de aterrizaje y descender". Por el contrario, Aldrin expresó su apoyo al concepto Moon Direct de Robert Zubrin , que implica módulos de aterrizaje lunares que viajan desde la órbita terrestre hasta la superficie lunar y viceversa. [93]

Pei Zhaoyu, subdirector del Centro de Exploración Lunar y Programa Espacial de la Administración Nacional del Espacio de China (CNSA), concluyó que el Gateway tendría una "baja rentabilidad". [94] Pei dijo que el plan chino es centrarse en una estación de investigación nacional en la superficie. [95] En julio de 2019, Pei anunció que China estaba manteniendo conversaciones con Rusia y la ESA sobre cooperación internacional [96] y en agosto de 2020 reveló el concepto de China; la Estación Internacional de Investigación Lunar (ILRS) [97] con la cooperación de Rusia y un acuerdo provisional de la ESA.

El arquitecto René Waclavicek, que participó en el diseño del módulo I-HAB, señaló la dificultad de diseñar una vivienda cómoda para los astronautas que visitan Gateway. Su equipo se vio obligado a reducir el tamaño del módulo hasta el punto en que su diámetro es de sólo 1,2 metros (4 pies), debido a la cantidad limitada de peso que los vehículos de lanzamiento actuales pueden transportar a la órbita lunar y otras limitaciones técnicas. Además, la mayor parte de los 8 metros cúbicos (280 pies cúbicos) de espacio disponible del I-HAB se llenarán con equipos de soporte vital, dejando un pasillo estrecho y un total de 1,5 metros cúbicos (53 pies cúbicos) de espacio personal para ser compartido por cuatro astronautas. [98]

El fundador de Mars Society, Robert Zubrin, calificó el Gateway como "el peor plan de la NASA hasta el momento" en un artículo del National Review . Dijo: "No necesitamos una estación en órbita lunar para ir a la Luna . No necesitamos una estación así para ir a Marte . No la necesitamos para ir a asteroides cercanos a la Tierra . No la necesitamos para ir a ninguna parte. Tampoco podemos lograr nada en una estación de este tipo que no podamos hacer en la Estación Espacial Internacional en órbita terrestre , excepto exponer a los seres humanos a la irradiación, una forma de investigación médica por la cual varios médicos nazis fueron ahorcados ". Zubrin también afirmó: "Si el objetivo es construir una base lunar, debería construirse en la superficie de la Luna. Ahí es donde está la ciencia, ahí es donde está el material de protección y ahí es donde están los recursos para fabricar propulsor". y se pueden encontrar otras cosas útiles". [99]

El ingeniero aeroespacial retirado Gerald Black escribió en un artículo en The Space Review afirmando que el Gateway es "inútil para apoyar el regreso humano a la superficie lunar y a una base lunar". Añadió que no estaba previsto que se utilizara como depósito de combustible para cohetes y que detenerse en el Gateway en el camino hacia o desde la Luna no tendría ningún propósito útil y costaría propulsor. [100]

Mark Whittington, colaborador del periódico The Hill y autor de varios estudios de exploración espacial, afirmó en un artículo que "el proyecto de la órbita lunar no nos ayuda a volver a la Luna". Whittington también señaló que durante el programa Apolo no se utilizó una estación espacial en órbita lunar y que "un módulo de aterrizaje lunar reutilizable podría repostarse desde un depósito en la superficie lunar y dejarse en una órbita de estacionamiento entre misiones sin la necesidad de un gran y complejo estación Espacial". [101]

El astrofísico Ethan Siegel escribió un artículo en Forbes titulado "La idea de la NASA de una estación espacial en órbita lunar no lleva a la humanidad a ninguna parte". Siegel afirmó que "Orbitar la Luna representa un progreso apenas incremental; las únicas" ventajas "científicas de estar en la órbita lunar en comparación con la órbita terrestre baja son dos: 1. Estás fuera de los cinturones de Van Allen . 2. Estás más cerca a la superficie lunar", reduciendo el retraso de tiempo. Su opinión final fue que Gateway es "una excelente manera de gastar una gran cantidad de dinero, haciendo avanzar la ciencia y la humanidad de manera no apreciable". [102]

Respuesta de la NASA

El 10 de diciembre de 2018, el administrador de la NASA, Jim Bridenstine, dijo en una presentación: "Hay personas que dicen que tenemos que llegar allí y que tenemos que llegar mañana", hablando de una misión tripulada a la Luna, respondiendo con "Lo que estamos Lo que estamos haciendo aquí en la NASA es seguir la Directiva de Política Espacial 1", hablando del Portal y continuando con: "Yo diría que llegamos allí en 1969. Esa carrera terminó y ganamos. Ahora es el momento de construir un sistema sostenible y reutilizable. arquitectura. [...] La próxima vez que vayamos a la Luna, tendremos botas estadounidenses en la Luna con la bandera estadounidense sobre sus hombros, y estarán al lado de nuestra socios internacionales que nunca antes han estado en la Luna". [103]

Dan Hartman, director del programa de Gateway, el 30 de marzo de 2020, dijo a Ars Technica que los beneficios de usar Gateway son extender la duración de la misión, reducir el riesgo, proporcionar capacidad de investigación y la capacidad de reutilizar módulos de ascenso.

Cuando vayas solo, diré misión directa a la Luna, tienes suministros limitados, ya sea con el Lander o con Orion. Con Gateway, con solo un módulo logístico, creemos que podemos extender aproximadamente el doble de la duración de la misión, es decir, de 30 a 60 días. Obviamente, cuanto más tiempo tenga la tripulación en la órbita lunar, nos ayudará con la investigación de los aspectos humanos de la vida en el espacio profundo. Cuanta más duración tengamos, ciertamente eso nos ayudará a reducir el riesgo significativo con los entornos extremos a los que someteremos a nuestras tripulaciones. Porque tenemos que descubrir cómo operar en el espacio profundo. Obviamente, demostraremos nuevo hardware y ofreceremos ese camino flexible y sostenible para nuestro sistema Lunar Lander . Con Gateway, la idea es que podremos reutilizar los módulos de ascenso potencialmente varias veces. Y nuevamente, si podemos lograr que la misión dure más de 30 días, nos ofrecerá algunas capacidades ambientales adicionales. Creemos que es un riesgo tremendo comprar activos, no sólo para explorar la Luna de manera sostenible, sino también para demostrar algunas cosas que debemos hacer para llegar a Marte. [104]

Ver también

Referencias

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