El Vehículo de retorno de la tripulación ( CRV ), a veces denominado Vehículo de retorno de la tripulación asegurado ( ACRV ), fue un bote salvavidas o módulo de escape dedicado propuesto para la Estación Espacial Internacional (ISS). A lo largo de dos décadas se consideraron varios vehículos y diseños diferentes (varios de ellos volaron como prototipos de prueba de desarrollo), pero ninguno entró en funcionamiento. Desde la llegada de la primera tripulación permanente a la ISS en 2000, la capacidad de retorno de emergencia la han cumplido las naves espaciales Soyuz y, más recientemente, la Crew Dragon de SpaceX , cada una de las cuales rota cada 6 meses.
En el diseño original de la estación espacial, las emergencias debían abordarse teniendo un "área segura" en la estación a la que la tripulación pudiera evacuar, en espera de un rescate de un transbordador espacial estadounidense . Sin embargo, el desastre del transbordador espacial Challenger de 1986 y la posterior inmovilización de la flota de transbordadores hicieron que los planificadores de la estación reconsideraran este concepto. [1] Los planificadores previeron la necesidad de un CRV para abordar tres escenarios específicos:
La ISS está equipada con una Instalación de Mantenimiento de la Salud (HMF) para manejar un cierto nivel de situaciones médicas, que se dividen en tres clasificaciones principales:
Sin embargo, el HMF no está diseñado para tener capacidad quirúrgica general, por lo que es esencial contar con un medio para evacuar a un miembro de la tripulación en caso de una situación médica que esté más allá de las capacidades del HMF. [2] [ cita necesaria ]
Varios estudios han intentado evaluar los riesgos médicos de habitar estaciones espaciales a largo plazo, pero los resultados no son concluyentes, ya que faltan datos epidemiológicos. Sin embargo, se entiende que los períodos más prolongados en el espacio aumentan el riesgo de problemas graves. Las estimaciones más cercanas muestran una tasa de enfermedad/lesiones de 1:3 por año, y se estima que el 1% requerirá evacuación de emergencia mediante un CRV. Para una tripulación de ocho personas de la ISS, esto resulta en la necesidad esperada de realizar un vuelo CRV una vez cada 4 a 12 años. Estas estimaciones han sido parcialmente corroboradas por experiencias a bordo de la estación espacial Mir de la Unión Soviética. En la década de 1980, los soviéticos tuvieron al menos tres incidentes en los que los cosmonautas tuvieron que ser devueltos en condiciones médicas urgentes. [2]
Debido a su uso potencial como método de evacuación médica, el diseño del CRV debía abordar una serie de cuestiones que no son factores para un vehículo espacial tripulado estándar. Las más importantes son las cargas g influenciadas por los perfiles de reentrada y los métodos de desaceleración/aterrizaje en pacientes con problemas de shock hemorrágico. Las cuestiones de seguridad de los pacientes son más críticas para los astronautas heridos que para el personal ileso. Además, dependiendo de la naturaleza de la lesión, puede ser poco probable que se pueda colocar al paciente en un traje espacial o minicápsula ambientalmente contenido, por lo que el CRV debe tener la capacidad de proporcionar un entorno tipo "manga de camisa" . Este requisito incluye la capacidad de abordar cuestiones de pureza del aire, ya que la pureza del aire es especialmente crítica en situaciones de exposición médica y tóxica. [2]
El Dr. Wernher von Braun planteó por primera vez el concepto de botes salvavidas espaciales en un artículo de 1966, [3] y luego los planificadores de la NASA desarrollaron una serie de conceptos iniciales para un bote salvavidas de la estación espacial:
El vehículo de rescate de tripulación HL-20 se basó en el concepto del sistema de lanzamiento de personal (PLS) desarrollado por la NASA como resultado de investigaciones anteriores sobre cuerpos elevadores . En octubre de 1989, Rockwell International (División de Sistemas Espaciales) inició un esfuerzo contratado de un año de duración administrado por el Centro de Investigación Langley para realizar un estudio en profundidad del diseño y las operaciones de PLS con el concepto HL-20 como base para el estudio. En octubre de 1991, Lockheed Advanced Development Company (más conocida como Skunk Works ) inició un estudio para determinar la viabilidad de desarrollar un prototipo y un sistema operativo. Un acuerdo de cooperación entre la NASA, la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad A&T de Carolina del Norte condujo a la construcción de un modelo a escala real del HL-20 PLS para futuras investigaciones de factores humanos sobre este concepto. [1] [6] De todas las opciones, un cuerpo de elevación presenta el entorno médico más ideal en términos de entorno controlado, así como baja carga g durante el reingreso y el aterrizaje. [2] Sin embargo, el precio del proyecto HL-20 fue de 2 mil millones de dólares y el Congreso recortó el programa del presupuesto de la NASA en 1990. [1]
Como parte de sus amplios estudios sobre posibles programas de vuelos espaciales tripulados, la Agencia Espacial Europea (ESA) inició un estudio ACRV de primera fase de seis meses de duración en octubre de 1992. Los contratistas principales del estudio fueron Aérospatiale , Alenia Spazio y Deutsche Aerospace. . [7]
La ESA estudió varios conceptos para un CRV:
El programa ACRV de 1.700 millones de dólares de la ESA fue cancelado en 1995, aunque las protestas francesas resultaron en un contrato de dos años para realizar estudios adicionales, lo que condujo a una cápsula de demostración de reentrada atmosférica reducida , que voló en 1997. [7] [11 ] En cambio, la ESA decidió unirse al programa X-38 CRV de la NASA en mayo de 1996, después de que ese programa terminara su estudio de Fase A. [7]
La idea de utilizar una nave construida en Rusia como CRV se remonta a marzo de 1993, cuando el presidente Bill Clinton ordenó a la NASA que rediseñara la Estación Espacial Freedom y considerara incluir elementos rusos. El diseño fue revisado ese verano, dando como resultado la Estación Espacial Alfa (más tarde la Estación Espacial Internacional ). Uno de los elementos rusos considerados como parte del rediseño fue el uso de "botes salvavidas" Soyuz. Se estimó que el uso de las cápsulas Soyuz para propósitos CRV ahorraría a la NASA 500 millones de dólares respecto al costo esperado para Freedom . [12]
Sin embargo, en 1995, una empresa conjunta entre Energia , Rockwell International y Khrunichev propuso el diseño del bote salvavidas Alpha , derivado del vehículo de reentrada Zarya . El motor de reentrada era un propulsor sólido y los propulsores de maniobra utilizaban gas frío, por lo que habría tenido un ciclo de vida en la estación de cinco años. Sin embargo, el diseño fue rechazado en junio de 1996 a favor del programa CRV/X-38 de la NASA. [13]
Además de referirse a un papel generalizado dentro del programa ISS, el nombre Crew Return Vehicle también se refiere a un programa de diseño específico iniciado por la NASA y al que se ha sumado la ESA. El concepto era producir un avión espacial dedicado únicamente a la función CRV. Como tal, tendría tres misiones específicas: regreso médico, regreso de la tripulación en caso de que la ISS se vuelva inhabitable y regreso de la tripulación si la ISS no puede reabastecerse. [14]
Como continuación del programa HL-20, la intención de la NASA era aplicar el concepto del administrador Dan Goldin de "mejor, más rápido y más barato" al programa. [15] El concepto de diseño del CRV incorporó tres elementos principales: el vehículo de reentrada con cuerpo elevador, el módulo de atraque/atraque internacional y la etapa de propulsión de deorbitación. El vehículo debía estar diseñado para acomodar hasta siete miembros de la tripulación en un ambiente en mangas de camisa. Debido a la necesidad de poder operar con miembros de la tripulación incapacitados, las operaciones de vuelo y aterrizaje debían realizarse de forma autónoma. [14] El diseño del CRV no tenía ningún sistema de propulsión para maniobras espaciales. [dieciséis]
La NASA y la ESA acordaron que el CRV estaría diseñado para ser lanzado encima de un vehículo de lanzamiento desechable (ELV) como el Ariane 5 . [16] El programa preveía la construcción de cuatro vehículos CRV y dos módulos de atraque/acoplamiento. Los vehículos y los módulos de atraque y atraque serían entregados a la ISS mediante el transbordador espacial, y cada uno permanecería acoplado durante tres años. [14]
Dependiendo de la misión que se estuviera operando, se pretendía que la duración máxima de la misión fuera de hasta nueve horas. Si la misión estuviera relacionada con un regreso médico de emergencia, la duración de la misión podría reducirse a tres horas, dada la secuencia óptima entre la salida de la ISS y la salida de órbita/reentrada. [14] En condiciones normales de funcionamiento, el proceso de desacoplamiento tardaría hasta 30 minutos, pero en caso de emergencia el CRV podría separarse de la ISS en tan solo tres minutos. [17]
El CRV debía tener una longitud de 29,8 pies (9,1 m) y un volumen de cabina de 416,4 pies 3 (11,8 m 3 ). El peso máximo de aterrizaje debía ser de 10.000 kg (22.046 lb). El sistema de aterrizaje autónomo estaba destinado a colocar el vehículo en el suelo a 3000 pies (0,9 km) de su objetivo previsto. [14]
La etapa de propulsión deorbital fue diseñada por Aerojet GenCorp bajo contrato con el Centro Marshall de vuelos espaciales . El módulo debía fijarse a la popa de la nave espacial en seis puntos y mide 4,72 m (15,5 pies) de largo y 1,83 m (6 pies) de ancho. Completamente alimentado, el módulo pesaría alrededor de 6.000 libras (2.721,5 kg). El módulo fue diseñado con ocho motores de cohete de 100 lbf (0,44 kN) de empuje alimentados con hidracina , que arderían durante diez minutos para desorbitar el CRV. Ocho propulsores de control de reacción controlarían la actitud de la nave durante la salida de órbita. Una vez que se completara la quema, el módulo sería desechado y quemaría la mayor parte de su masa cuando volviera a entrar en la atmósfera. [17]
La cabina del CRV fue diseñada para ser una "cabina sin ventanas", ya que las ventanas y los parabrisas añaden un peso considerable al diseño y plantean riesgos de vuelo adicionales para la nave espacial. En cambio, el CRV iba a tener un sistema de "ventana de cabina virtual" que utilizaba herramientas de visión sintética para proporcionar a los ocupantes una visualización tridimensional en tiempo real, de día o de noche, en cualquier clima. [18]
Con el fin de desarrollar el diseño y las tecnologías para el CRV operativo a una fracción del costo de otros vehículos espaciales, la NASA lanzó un programa para desarrollar una serie de vehículos prototipo rápidos y de bajo costo que fueron designados Demostradores de Tecnología Avanzada X-38. . [19] Como se describe en el Boletín EAS 101 , el programa X-38 "es un programa de mitigación de riesgos y demostración de tecnología de aplicaciones múltiples, que encuentra su primera aplicación como pionero del vehículo de retorno de la tripulación (CRV) operativo para la Estación Espacial Internacional (ISS). ). " [14] [20]
La NASA actuó como su propio contratista principal para el programa X-38, con el Centro Espacial Johnson a la cabeza del proyecto. Todos los aspectos de la construcción y el desarrollo se gestionaron internamente, aunque se subcontrataron tareas específicas. [20] Para la producción del CRV, la NASA tenía la intención de seleccionar un contratista principal externo para construir la nave. [21]
Se planearon cuatro vehículos de prueba, pero sólo se construyeron dos, ambos vehículos de prueba atmosféricos. Los fuselajes, que estaban construidos en gran parte con materiales compuestos, fueron construidos bajo contrato por Scaled Composites . El primero realizó su vuelo inaugural el 12 de marzo de 1998. El X-38 utilizó un exclusivo sistema de aterrizaje en parafoil diseñado por Pioneer Aerospace. El parafoil inflado por aire ram utilizado en el programa de pruebas de vuelo fue el más grande del mundo, con una superficie de 7500 pies cuadrados (700 m 2 ). El parafoil estaba controlado activamente por un sistema de guía a bordo basado en la navegación GPS. [22]
Los planes de la NASA para el programa de desarrollo no incluían una prueba operativa del CRV real, lo que habría implicado su lanzamiento a la ISS, permanecer acoplado allí por hasta tres meses y luego realizar un regreso "vacío" a la Tierra. En cambio, la NASA había planeado "calificar humanamente" la nave espacial basándose en los resultados de las pruebas orbitales del X-38. Tres grupos de revisión independientes, así como la Oficina del Inspector General de la NASA , expresaron su preocupación sobre la sabiduría y seguridad de este plan. [21]
El método de desarrollo de creación rápida de prototipos, a diferencia del enfoque de diseño, desarrollo, prueba y evaluación de ingeniería secuenciales, también generó algunas preocupaciones sobre el riesgo del programa. [20]
En 1999, la NASA proyectó el costo del programa X-38 en 96 millones de dólares (fondos de proyectos avanzados de vuelos espaciales) y el programa CRV real en 1.100 millones de dólares (fondos del programa ISS). [21] Un año después, los costos del X-38 habían aumentado a 124,3 millones de dólares, y el aumento del costo fue pagado con fondos de la ISS. [20] Parte del aumento del costo fue el resultado de la necesidad de probar operativamente el CRV con al menos uno, y posiblemente más, lanzamientos de transbordadores. [23]
La ESA decidió no financiar el programa CRV directamente, sino que decidió permitir que los gobiernos participantes en la ESA financiaran el programa individualmente, a partir de 1999. [16] Bélgica, Francia, Alemania, Países Bajos, Italia, España, Suecia y Suiza todos indicaron que harían contribuciones sustanciales. [14]
La financiación estadounidense para el CRV de NASA/ESA nunca fue un tema resuelto. En el proyecto de ley de financiación del año fiscal 2002, el Congreso recomendó un monto de financiación de 275 millones de dólares, pero dejó claro que era condicional:
[E]l Comité no prevé proporcionar fondos adicionales para este propósito a menos que quede claro que la Administración y los socios internacionales están comprometidos con la Estación Espacial Internacional como instalación de investigación. Por esta razón, el lenguaje incluido en el proyecto de ley rescindiría los $275,000,000 a menos que la Administración solicite al menos $200,000,000 para el vehículo de regreso de la tripulación en la solicitud de presupuesto de la NASA para el año fiscal 2003.
Además, la financiación del programa CRV estaba vinculada a la justificación de la administración de la misión de la ISS:
Antes del 1 de marzo de 2002, el Presidente presentará a los Comités de Asignaciones de la Cámara y el Senado un plan integral que cumpla con los siguientes términos y condiciones: Primero, una declaración clara e inequívoca sobre el papel de la investigación en el programa de la Estación Espacial Internacional. En segundo lugar, un resumen detallado de los esfuerzos que se están llevando a cabo para proporcionar instalaciones habitacionales para una tripulación de tiempo completo de no menos de seis personas... Tercero, los costos previstos del programa de vehículos de regreso de la tripulación por año fiscal... Cuarto, la prioridad relativa del programa de desarrollo de vehículos de retorno de la tripulación en el contexto de la Estación Espacial Internacional. El Comité no tiene la intención de proporcionar fondos adicionales ni aprobar la liberación de ninguno de los $275,000,000 previstos en este proyecto de ley, hasta que se cumplan plenamente todas las condiciones. [24]
El 29 de abril de 2002, la NASA anunció que cancelaba los programas CRV y X-38 debido a presiones presupuestarias asociadas con otros elementos de la ISS. [25] La agencia se había enfrentado a un déficit de 4 mil millones de dólares y rediseñó radicalmente el alcance de la ISS, llamando a la nueva versión US Core Complete . Esta estación reducida no incluía el CRV basado en X-38. Aunque el presupuesto de la Cámara para el año fiscal 2002 había propuesto 275 millones de dólares para el CRV, esto no se incluyó en el proyecto de presupuesto final. Sin embargo, los conferenciantes de la Cámara y el Senado vieron la necesidad de mantener abiertas las opciones del CRV, creyendo que el rediseño de la NASA y la consiguiente eliminación del CRV eran prematuros, por lo que ordenaron a la NASA que gastara hasta 40 millones de dólares para mantener vivo el programa X-38. [26]
La cancelación del CRV creó su propia controversia, y el congresista Ralph Hall (D-TX) criticó a la NASA en una carta abierta [27] que detalla tres áreas de crítica:
Las respuestas del administrador de la NASA, Sean O'Keefe, no satisficieron al Sr. Hall [28] pero la decisión se mantuvo.
Como parte del Plan Integrado de Transporte Espacial (ISTP) de la NASA que reestructuró la Iniciativa de Lanzamiento Espacial (SLI), en 2002 la atención se centró en el desarrollo del Avión Espacial Orbital (OSP) (al principio conocido como Vehículo de Transferencia de Tripulación, o CTV), [29] que serviría como transporte de tripulación y como CRV. En la reestructuración, se cambiaron las prioridades del programa, como declaró la NASA: "Las necesidades de la NASA para transportar tripulaciones estadounidenses hacia y desde la Estación Espacial son un requisito impulsor del transporte espacial y deben abordarse como una prioridad de la agencia. Es responsabilidad de la NASA garantizar que una capacidad para el regreso de emergencia de la tripulación de la ISS está disponible. El diseño y desarrollo de una arquitectura de vehículo flexible y evolutiva que inicialmente proporcionará capacidad de regreso de la tripulación y luego evolucionará hacia un vehículo de transporte de tripulación es ahora el enfoque a corto plazo de SLI". [29]
Un estudio sobre vehículos de transferencia de tripulación/vehículos de rescate de tripulación, realizado por el programa SLI en 2002, concluyó que un avión espacial orbital multipropósito que pueda realizar tanto las funciones de transferencia como de regreso de la tripulación para la Estación Espacial es viable y podría proporcionar el mayor largo plazo posible. -Beneficio a plazo para la inversión de la NASA. Una de las misiones clave de la OSP, tal como la definió la NASA en 2002, era proporcionar "capacidad de rescate para no menos de cuatro miembros de la tripulación de la Estación Espacial tan pronto como fuera posible, pero a más tardar en 2010". Como parte del programa de evaluación de vuelo que debía explorar y validar tecnologías que se utilizarían en el OSP, la NASA inició el programa X-37 , seleccionando a Boeing Integrated Defense Systems como contratista principal. [30]
Sin embargo, la OSP recibió fuertes críticas en el Congreso por tener una misión demasiado limitada ("... el principal defecto de la OSP es que, tal como se prevé actualmente, no lleva a ninguna parte más que a la estación espacial") [31] y por costar tanto como Entre 3 y 5 mil millones de dólares.
Luego, en 2004, el enfoque de la NASA cambió una vez más, del OSP al Vehículo de Exploración de Tripulación (CEV), y el proyecto X-37 fue transferido a DARPA , donde se continuaron algunos aspectos del desarrollo tecnológico, pero sólo como un vehículo de pruebas atmosféricas. . [32]
Con la cancelación del OSP, la cápsula Apollo fue nuevamente considerada para su uso como CRV, esta vez por la NASA en marzo de 2003. En el estudio inicial del concepto, "el equipo concluyó unánimemente que un vehículo de retorno de la tripulación derivado del Apollo (CRV), con una tripulación de 4 a 6 personas, parece tener el potencial de cumplir con la mayoría de los requisitos de OSP CRV Nivel 1. Un vehículo de transporte de tripulación (CTV) derivado de Apollo también parecería ser capaz de cumplir con la mayoría de los OSP. Requisitos de CTV Nivel 1 con la adición de un módulo de servicio. El equipo también supuso que habría una opción para considerar el concepto Apollo CSM para un sistema CRV/CTV común. Se concluyó además que usar el módulo de comando Apollo (CM) y. El Módulo de Servicio (SM) como ISS CRV y CTV tiene mérito suficiente para justificar un estudio detallado y serio del rendimiento, costo y cronograma de este enfoque, en comparación con otros enfoques OSP, con los mismos requisitos de Nivel 1". [33]
El estudio identificó una serie de problemas con el desarrollo de esta opción: "Por un lado, el sistema Apollo se conoce bien y demostró ser un sistema robusto y de gran éxito con un sistema de aborto de lanzamiento muy capaz. La documentación sería muy útil para Por otro lado, casi todos los sistemas tendrían que ser rediseñados, incluso si fueran replicados. Ninguno de los equipos existentes (como los CM en los museos) se consideraba utilizable, debido a su antigüedad, obsolescencia, etc. falta de trazabilidad e inmersión en agua. No habría necesidad de pilas de combustible ni criogenia, y la orientación y las comunicaciones modernas serían más ligeras y menos costosas, aunque el hardware de vuelo sería menos costoso y su impacto en los vehículos de lanzamiento prescindibles sería. mínima (es solo otra carga útil axisimétrica), los sitios de aterrizaje para el CRV pueden aumentar los costos del ciclo de vida al agregar un módulo de servicio (más pequeño que el requerido para ir a la Luna), con un alcance orbital cruzado de 3000 a 5000 pies. /s (1.500 m/s) y reducir radicalmente el número de lugares de aterrizaje. Si se pueden agregar aterrizajes terrestres al sistema de manera segura, se produciría otra reducción importante en los costos del ciclo de vida, porque el equipo creía que el sistema podría volverse reutilizable". [33]
Debido a las características aerodinámicas de la cápsula, las cargas g están en el rango moderado (2,5 a 3,5 g ). Sin embargo, desde una perspectiva médica, la cápsula tipo Apolo presenta varias desventajas. La cápsula Apollo tendría una presión operativa atmosférica interna de sólo 5 PSI, a diferencia de los 14,5 PSI de la estación. Además, un aterrizaje en el agua con poca antelación presenta algunos retrasos importantes en la recuperación de la cápsula. [2]
Con la cancelación de los programas X-38 y CRV en 2001, quedó claro que el uso provisional de cápsulas Soyuz sería una necesidad a largo plazo. Para hacerlos más compatibles con las necesidades de la ISS, se contrató a Energia para modificar la cápsula Soyuz TM estándar a la configuración TMA. [34] [35] Las modificaciones principales involucran el diseño interior, con asientos nuevos y mejorados para adaptarse a los estándares antropométricos de los astronautas estadounidenses más grandes. [36] En 1998 y 1999 se realizaron una serie de lanzamientos de prueba de la cápsula mejorada desde un avión de carga Ilyushin Il-76 para validar las capacidades de aterrizaje del TMA. [37]
Una cápsula Soyuz-TMA siempre está conectada a la ISS en modo "de espera", en caso de emergencias. Operado en esta configuración, el TMA tiene una vida útil de aproximadamente 200 días antes de que tenga que ser retirado, debido a la degradación del peróxido de hidrógeno utilizado para su sistema de control de reacción. [38] Debido a esta limitación, el vehículo está planificado para un ciclo de cambio típico de seis meses. El primer vuelo del TMA a la ISS se produjo el 29 de octubre de 2002 con el vuelo de la Soyuz TMA-1. [39]
Debido a que el TMA está limitado a tres ocupantes, la ISS también se limitó a ese número de ocupantes, lo que reduce drásticamente la cantidad de investigación que se puede realizar a bordo de la ISS a 20 horas-persona por semana, mucho menos de lo previsto. cuando se diseñó la estación. [40] Con la Expedición 20 en mayo de 2009, el tamaño de la tripulación de la ISS aumentó de 3 a 6 personas con las dos naves espaciales Soyuz acopladas simultáneamente.
En 2008, la NASA comenzó a administrar un programa (CCDev) para financiar el desarrollo de tecnologías de transporte comercial de tripulaciones. El programa financió licitaciones para desarrollar tecnologías específicas con premios cuando se alcanzaron hitos. La primera ronda de destinatarios a principios de 2010 incluyó a Boeing por su cápsula CST-100 y a Sierra Nevada Corporation por su avión espacial Dream Chaser . Otras propuestas presentadas a finales de 2010 para una segunda ronda de financiación incluían a Orbital Sciences Corporation para su avión espacial Prometheus y a SpaceX para desarrollar un sistema de aborto de lanzamiento para su nave espacial Dragon .
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )Me parece claro que las nuevas estimaciones de costos y cronogramas para el CRV no se basan en un análisis técnico exhaustivo, sino más bien en el deseo de presentar el desarrollo del CTV bajo una luz más favorable.