Un módulo de aterrizaje lunar o módulo de aterrizaje lunar es una nave espacial diseñada para aterrizar en la superficie de la Luna . A partir de 2024, el Módulo Lunar Apolo es el único módulo de aterrizaje lunar que se ha utilizado en vuelos espaciales tripulados, completando seis aterrizajes lunares entre 1969 y 1972 durante el Programa Apolo de Estados Unidos . Varios módulos de aterrizaje robóticos han llegado a la superficie y algunos han devuelto muestras a la Tierra.
Los requisitos de diseño para estos módulos de aterrizaje dependen de factores impuestos por la carga útil , la velocidad de vuelo, los requisitos de propulsión y las limitaciones de configuración. [1] Otros factores de diseño importantes incluyen los requisitos energéticos generales, la duración de la misión, el tipo de operaciones de la misión en la superficie lunar y el sistema de soporte vital si está tripulado. La gravedad relativamente alta (más alta que la de todos los asteroides conocidos, pero más baja que la de todos los planetas del Sistema Solar) y la falta de atmósfera lunar niega el uso del aerofrenado , por lo que un módulo de aterrizaje debe usar propulsión para desacelerar y lograr un aterrizaje suave .
El programa Luna fue una serie de impactadores, sobrevuelos, orbitadores y módulos de aterrizaje robóticos realizados por la Unión Soviética entre 1958 y 1976. Luna 9 fue la primera nave espacial en lograr un aterrizaje suave en la Luna el 3 de febrero de 1966, después de 11 intentos fallidos. . Tres naves espaciales Luna devolvieron muestras de suelo lunar a la Tierra entre 1972 y 1976. Otras dos naves espaciales Luna realizaron un aterrizaje suave con el vehículo lunar robótico Lunokhod en 1970 y 1973. Luna logró un total de siete aterrizajes suaves exitosos de 27 intentos de aterrizaje.
El programa Surveyor de los Estados Unidos realizó el primer aterrizaje suave del Surveyor 1 el 2 de junio de 1966; este éxito inicial fue seguido por cuatro aterrizajes suaves exitosos adicionales, el último de los cuales ocurrió el 10 de enero de 1968. El programa Surveyor logró un total de cinco aterrizajes suaves exitosos. aterrizajes de siete intentos de aterrizaje hasta el 10 de enero de 1968. Surveyor 6 incluso dio un breve salto fuera de la superficie lunar.
El Módulo Lunar Apolo fue el módulo de aterrizaje lunar del programa Apolo de Estados Unidos . A partir de 2024, será el único módulo de aterrizaje lunar tripulado. El programa Apolo completó seis alunizajes suaves exitosos desde 1969 hasta 1972; Un séptimo intento de alunizaje del programa Apolo fue abortado cuando el módulo de servicio del Apolo 13 sufrió una salida explosiva de sus tanques de oxígeno.
El módulo lunar LK fue el módulo de aterrizaje lunar desarrollado por la Unión Soviética como parte de varios programas lunares tripulados soviéticos . Varios módulos lunares LK volaron sin tripulación en órbita terrestre baja , pero el módulo lunar LK nunca voló a la Luna, ya que el desarrollo del vehículo de lanzamiento de cohetes N1 necesario para el vuelo lunar sufrió reveses (incluidos varios fallos en el lanzamiento), y después de la Los Estados Unidos lograron los primeros alunizajes humanos , la Unión Soviética canceló los programas del cohete N1 y del módulo lunar LK sin ningún desarrollo adicional.
El Programa de Exploración Lunar de China (también conocido como proyecto Chang'e) incluye componentes robóticos de aterrizaje, rover y retorno de muestras; El programa realizó un aterrizaje suave inicial exitoso en la luna con la nave espacial Chang'e 3 el 14 de diciembre de 2013. A partir de 2023, el CLEP ha logrado tres aterrizajes suaves exitosos de tres intentos de aterrizaje, a saber, Chang'e 3 , Chang'e. 4 y Chang'e 5 . Chang'e 4 hizo historia al realizar el primer aterrizaje suave de la humanidad en la cara oculta de la Luna.
SpaceIL de Israel intentó un aterrizaje lunar robótico mediante su módulo de aterrizaje Beresheet el 4 de abril de 2019; el intento fracasó. A partir de 2023, SpaceIL tiene planes para otro intento de aterrizaje suave utilizando un módulo de aterrizaje robótico de seguimiento llamado Beresheet 2 .
El programa Chandrayaan de la India llevó a cabo un fallido intento robótico de aterrizaje suave en la luna el 6 de septiembre de 2019 como parte de su nave espacial Chandrayaan-2 y el módulo de aterrizaje se estrelló en la superficie de la Luna. [2] El 23 de agosto de 2023, el módulo de aterrizaje de seguimiento Chandrayaan-3 del programa logró el primer aterrizaje suave robótico de la India y luego realizó un breve salto el 3 de septiembre de 2023 para probar las tecnologías necesarias para la misión india de retorno de muestras lunares llamada Chandrayaan-4 . [3]
El ispace de Japón (que no debe confundirse con el i-Space de China ) intentó un aterrizaje suave en la luna mediante su módulo de aterrizaje robótico Hakuto-R Mission 1 el 25 de abril de 2023. El intento no tuvo éxito y el módulo de aterrizaje se estrelló contra la superficie lunar. La compañía tiene planes para otro intento de aterrizaje en 2024.
El programa Luna-Glob de Rusia , el programa sucesor del programa Luna de la Unión Soviética , lanzó el módulo de aterrizaje lunar Luna 25 el 10 de agosto de 2023; El destino previsto de la sonda era cerca del polo sur lunar, pero el 19 de agosto de 2023 el módulo de aterrizaje se estrelló en la superficie de la Luna. [4]
El módulo de aterrizaje inteligente de Japón para investigar la Luna realizó un aterrizaje lunar exitoso con una actitud incorrecta, un ancho de banda de señal sombrío e incluso después de perder uno de sus motores durante el descenso, pero a menos de 100 m (330 pies) de su lugar de aterrizaje el 19 de enero de 2024. Llevaba dos pequeños LEV Los rovers a bordo se desplegaron por separado, justo antes del aterrizaje de SLIM. [5] Su aterrizaje convirtió a Japón en el quinto país en realizar un alunizaje suave en la Luna. [6] [7] [8]
En enero de 2024, la primera misión del programa CLPS financiado por la NASA, Peregrine Mission One , sufrió una fuga de combustible varias horas después del lanzamiento, lo que le hizo perder la capacidad de mantener el control de actitud y cargar su batería, impidiéndole así alcanzar la órbita lunar y impidiendo un intento de aterrizaje. [9] Posteriormente, la sonda se quemó en la atmósfera terrestre.
La segunda sonda CLPS, Odysseus, aterrizó con éxito en la Luna el 22 de febrero de 2024 [10] , lo que marcó el primer aterrizaje suave no tripulado de los Estados Unidos en la Luna en más de 50 años. Esta misión es la primera asociación privada -NASA que aterriza en la Luna y el primer aterrizaje que utiliza propulsores criogénicos . [11] [12] Sin embargo, la misión experimentó algunas anomalías, incluido el vuelco de un lado en la superficie lunar; una órbita lunar inicial fuera de lo nominal, un instrumento LIDAR de aterrizaje que no funciona y un ancho de banda de comunicación aparentemente bajo . [13] Más tarde se reveló que, aunque aterrizó con éxito, una de las patas del módulo de aterrizaje se rompió al aterrizar y se inclinó hacia el otro lado, 18° debido al aterrizaje en una pendiente, pero el módulo de aterrizaje sobrevivió y las cargas útiles funcionan como se esperaba. [14] EagleCam no fue expulsado antes del aterrizaje. Posteriormente fue expulsado el 28 de febrero, pero falló parcialmente ya que devolvió todo tipo de datos, excepto las imágenes posteriores al aterrizaje del IM-1, que eran el objetivo principal de su misión. [15]
China lanzó el Chang'e 6 desde la isla china de Hainan el 3 de mayo de 2024; Esta misión busca realizar el primer retorno de muestras lunares desde la cara oculta de la Luna . [16] Esta es la segunda misión de retorno de muestras lunares de China, la primera fue completada con éxito por Chang'e 5 cuando devolvió 1,731 kg de material del lado cercano lunar a la Tierra el 16 de diciembre de 2020. [17] El módulo de aterrizaje Chang'e 6 con éxito aterrizó en la cuenca Aitken del polo sur en el lado oculto de la luna a las 22:23 UTC del 1 de junio de 2024. [18] Después de completar la recolección de muestras y la colocación de la muestra en el ascendedor mediante el taladro robótico y el brazo robótico de la sonda, el ascendedor despegó con éxito desde lo alto de la parte de aterrizaje de la sonda a las 23:38 UTC del 3 de junio de 2024. [19] [20] El ascendedor se acopló con el módulo de servicio Chang'e 6 (el orbitador) en órbita lunar a las 06:00: 48 UTC del 6 de junio de 2024 y posteriormente completó la transferencia del contenedor de muestra al módulo de rentry de la Tierra a las 07:24 UTC del mismo día. [21] Luego, el orbitador abandonó la órbita lunar el 20 de junio de 2024 con el retornador, que aterrizó en Mongolia Interior el 25 de junio de 2024, completando la misión de retorno de muestras del lado lejano lunar de China.
La siguiente tabla detalla las tasas de éxito de intentos pasados y actuales de alunizaje suave realizados por programas de alunizaje robóticos y tripulados. Los programas de aterrizaje que no hayan lanzado ninguna sonda no se incluyen en la tabla; se agregan a medida que sus módulos de aterrizaje robóticos y/o tripulados iniciales se lanzan desde la Tierra.
El término intento de aterrizaje, tal como se utiliza aquí, incluye cualquier misión que se lanzó con la intención de aterrizar en la Luna, incluidas todas las misiones que no lograron alcanzar la órbita lunar por cualquier motivo. Un intento de aterrizaje de una nave espacial se clasifica como éxito total si aterriza intacta en la Luna y está situada en su orientación/actitud diseñada y es completamente funcional, mientras que se produce un éxito parcial cuando una nave espacial aterriza intacta en la Luna pero sus operaciones in situ está comprometido como resultado del proceso de aterrizaje por cualquier motivo.
Aterrizar en cualquier cuerpo del Sistema Solar conlleva desafíos exclusivos de ese cuerpo. La Luna tiene una gravedad relativamente alta en comparación con la de los asteroides o los cometas (y algunos otros satélites planetarios ) y no tiene una atmósfera significativa. En la práctica, esto significa que el único método de descenso y aterrizaje que puede proporcionar suficiente empuje con la tecnología actual se basa en cohetes químicos . [26] Además, la Luna tiene un día solar largo . Los módulos de aterrizaje estarán expuestos a la luz solar directa durante más de dos semanas seguidas y luego en completa oscuridad durante otras dos semanas. Esto causa problemas importantes para el control térmico. [27]
A partir de 2019, [actualizar]las sondas espaciales han aterrizado en los tres cuerpos, además de la Tierra, que tienen superficies sólidas y atmósferas lo suficientemente espesas como para hacer posible el frenado aerodinámico: Marte , Venus y Titán, la luna de Saturno . Estas sondas pudieron aprovechar la atmósfera de los cuerpos en los que aterrizaron para frenar su descenso mediante paracaídas, reduciendo la cantidad de combustible que debían transportar. Esto, a su vez, permitió aterrizar cargas útiles más grandes en estos cuerpos con una cantidad determinada de combustible. Por ejemplo, el rover Curiosity , de 900 kg, aterrizó en Marte mediante una nave que tenía una masa (en el momento de la entrada en la atmósfera de Marte) de 2400 kg, [28] de los cuales sólo 390 kg eran combustible. En comparación, el Surveyor 3, mucho más ligero (292 kg) , aterrizó en la Luna en 1967 utilizando casi 700 kg de combustible. [29] Sin embargo, la falta de atmósfera elimina la necesidad de que un módulo de aterrizaje lunar tenga un escudo térmico y también permite que se ignore la aerodinámica al diseñar la nave.
Aunque tiene mucha menos gravedad que la Tierra, la Luna tiene una gravedad suficientemente alta como para frenar considerablemente su descenso. Esto contrasta con un asteroide pequeño, en el que el "aterrizaje" se denomina más a menudo "atraque" y es una cuestión de encuentro y coincidencia de velocidades más que de desacelerar un descenso rápido.
Dado que los cohetes se utilizan para el descenso y el aterrizaje, la gravedad de la Luna requiere el uso de más combustible del necesario para el aterrizaje de asteroides. De hecho, una de las limitaciones centrales del diseño para el alunizaje del programa Apolo era la masa (ya que más masa requiere más combustible para aterrizar) necesaria para aterrizar y despegar de la Luna. [30]
El ambiente térmico lunar está influenciado por la duración del día lunar. Las temperaturas pueden oscilar entre aproximadamente -250 y 120 °C (-418,0 a 248,0 °F) (de noche lunar a día lunar). Estos extremos ocurren durante catorce días terrestres cada uno, por lo que los sistemas de control térmico deben diseñarse para soportar largos períodos de frío o calor extremos. [31] La mayoría de los instrumentos de las naves espaciales deben mantenerse dentro de un rango mucho más estricto de entre −40 y 50 °C (−40 y 122 °F), [32] y la comodidad humana requiere un rango de 20 a 24 °C (68 a 75 °C). °F). Esto significa que el módulo de aterrizaje debe enfriar y calentar sus instrumentos o el compartimento de la tripulación.
La duración de la noche lunar dificulta el uso de energía eléctrica solar para calentar los instrumentos, y a menudo se utilizan calentadores nucleares. [27]
Lograr un aterrizaje suave es el objetivo general de cualquier módulo de aterrizaje lunar y distingue a los módulos de aterrizaje de los impactadores, que fueron el primer tipo de nave espacial en alcanzar la superficie de la Luna.
Todos los módulos de alunizaje requieren motores de cohetes para descender. La velocidad orbital alrededor de la Luna puede, dependiendo de la altitud, superar los 1.500 m/s. Las naves espaciales en trayectorias de impacto pueden tener velocidades muy superiores a eso. [33] En el vacío, la única forma de desacelerar desde esa velocidad es usar un motor de cohete.
Las etapas del aterrizaje pueden incluir: [34] [35]
Los aterrizajes lunares generalmente terminan con el motor apagándose cuando el módulo de aterrizaje está a varios pies sobre la superficie lunar. La idea es que los gases de escape de los motores y el regolito lunar pueden causar problemas si fueran expulsados desde la superficie a la nave espacial y, por lo tanto, los motores se apagaran justo antes del aterrizaje. Los ingenieros deben asegurarse de que el vehículo esté lo suficientemente protegido para garantizar que la caída sin empuje no cause daños.
El primer alunizaje suave, realizado por la sonda soviética Luna 9 , se logró primero desacelerando la nave espacial a una velocidad y altitud adecuadas, y luego expulsando una carga útil que contenía los experimentos científicos. La carga útil se detuvo en la superficie lunar mediante bolsas de aire, que amortiguaban la caída. [36] Luna 13 utilizó un método similar. [37]
Los métodos con airbag no son típicos. Por ejemplo, la sonda Surveyor 1 de la NASA , lanzada casi al mismo tiempo que Luna 9, no utilizó una bolsa de aire para el aterrizaje final. En cambio, después de detener su velocidad a una altitud de 3,4 m, simplemente cayó a la superficie lunar. Para adaptarse a la caída, la nave espacial estaba equipada con componentes aplastables que suavizarían el golpe y mantendrían segura la carga útil. [33] Más recientemente, el módulo de aterrizaje chino Chang'e 3 utilizó una técnica similar, cayendo 4 m después de que su motor se apagara. [38]
Quizás los módulos de alunizaje más famosos, los del Programa Apolo , fueron lo suficientemente robustos para soportar la caída una vez que sus sondas de contacto detectaron que el aterrizaje era inminente. El tren de aterrizaje fue diseñado para soportar aterrizajes con el motor apagado a hasta 10 pies (3,0 m) de altura, aunque estaba diseñado para que el motor de descenso comenzara a apagarse cuando una de las sondas de 67 pulgadas (170 cm) tocara la superficie. . Sin embargo, durante el Apolo 11, Neil Armstrong aterrizó muy suavemente encendiendo el motor hasta el aterrizaje; Algunas tripulaciones posteriores apagaron el motor antes del aterrizaje y sintieron golpes notables al aterrizar, con una mayor compresión de los puntales de aterrizaje. [39] [40]