El Estudio de la Arquitectura de Sistemas de Exploración ( ESAS , por sus siglas en inglés) es el título oficial de un estudio a gran escala, a nivel de sistema, publicado por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA, por sus siglas en inglés) en noviembre de 2005 sobre su objetivo de regresar astronautas a la Luna y eventualmente a Marte , conocido como la Visión para la Exploración Espacial (y extraoficialmente como "Luna, Marte y más allá" en algunos círculos aeroespaciales, aunque los detalles de un programa tripulado "más allá" siguen siendo vagos). El Programa Constelación fue cancelado en 2010 por la Administración Obama y reemplazado por el Sistema de Lanzamiento Espacial , luego rebautizado como Programa Artemis en 2017 bajo la Administración Trump .
El administrador de la NASA, Michael Griffin, ordenó una serie de cambios en la estrategia de adquisición del Vehículo de Exploración Tripulado (ahora Orion MPCV ) originalmente planificada y diseñada por su predecesor Sean O'Keefe . Los planes de Griffin favorecían un diseño que él había desarrollado como parte de un estudio para la Planetary Society, en lugar de los planes anteriores para un Vehículo de Exploración Tripulado desarrollado en paralelo por dos equipos en competencia. Estos cambios fueron propuestos en un estudio interno llamado Estudio de Arquitectura de Sistemas de Exploración, [1] cuyos resultados fueron presentados oficialmente durante una conferencia de prensa celebrada en la sede de la NASA en Washington, DC , el 19 de septiembre de 2005.
El ESAS incluyó una serie de recomendaciones para acelerar el desarrollo del CEV y la implementación del Proyecto Constelación , incluidas estrategias para realizar vuelos tripulados del CEV a partir de 2012 y métodos para dar servicio a la Estación Espacial Internacional (ISS) sin utilizar el Transbordador Espacial , [2] utilizando versiones de carga del CEV.
Originalmente previsto para su lanzamiento tan pronto como el 25 de julio de 2005, después de la misión "Regreso al vuelo" del Discovery , el lanzamiento del ESAS se retrasó hasta el 19 de septiembre, al parecer debido a malas críticas de la presentación del plan y cierta resistencia de la Oficina de Administración y Presupuesto . [2]
Las “estrategias de adquisición” iniciales del CEV bajo la dirección de Sean O’ Keefe habrían contemplado dos “fases” de diseño del CEV. Las propuestas presentadas en mayo de 2005 formarían parte de la Fase 1 del diseño del CEV, a la que seguiría un vuelo orbital o suborbital de la nave espacial demostradora de tecnología llamada FAST en 2008. La selección de un contratista para la Fase 2 del programa se habría producido más tarde ese mismo año. El primer vuelo tripulado del CEV no se produciría hasta 2014. En el plan original favorecido por el ex administrador de la NASA Sean O’Keefe, el CEV se lanzaría en un vehículo de lanzamiento desechable evolucionado (EELV), es decir, el Boeing Delta IV Heavy o el Lockheed Martin Atlas V Heavy EELV.
Sin embargo, con el cambio de administradores de la NASA, Mike Griffin eliminó este programa, considerándolo inaceptablemente lento, y pasó directamente a la Fase 2 a principios de 2006. Encargó un estudio interno de 60 días para una nueva revisión de los conceptos (ahora conocidos como ESAS), que favorecían el lanzamiento del CEV en un vehículo de lanzamiento derivado del transbordador . Además, Griffin planeaba acelerar o cambiar de alguna otra manera una serie de aspectos del plan original que se dio a conocer el año pasado [ ¿cuándo? ] . En lugar de un despegue del CEV en 2008, la NASA habría pasado a la Fase 2 del programa CEV en 2006, y los vuelos del CEV habrían comenzado ya en junio de 2011. [ cita requerida ]
El ESAS solicitó el desarrollo de dos vehículos de lanzamiento derivados del transbordador para apoyar el ahora extinto Programa Constelación ; [3] uno derivado del cohete propulsor sólido del transbordador espacial que se convertiría en el ahora cancelado Ares I para lanzar el CEV, y un vehículo de carga pesada en línea que usaría SRB y el tanque externo del transbordador para lanzar la Etapa de Salida de la Tierra y el Módulo de Acceso a la Superficie Lunar que se conocía como Ares V (este diseño se reutilizó para el Sistema de Lanzamiento Espacial ). El rendimiento del Vehículo de Lanzamiento Derivado del Transbordador de Carga (SDLV) sería de 125 a 130 toneladas métricas a la órbita terrestre baja (LEO). Un SDLV permitiría una carga útil mucho mayor por lanzamiento que una opción EELV.
La tripulación se lanzaría en el CEV a bordo de un derivado de cinco segmentos del cohete propulsor sólido del transbordador y una nueva etapa superior de combustible líquido basada en el tanque externo del transbordador. Originalmente, iba a ser propulsado por una versión única y desechable del motor principal del transbordador espacial , pero luego se cambió por una versión modernizada y mejorada del motor cohete J-2 (conocido como J-2 X) utilizado en las etapas superiores S-IVB utilizadas en los cohetes Saturno IB y Saturno V. Este propulsor sería capaz de colocar hasta 25 toneladas en la órbita baja de la Tierra. El propulsor utilizaría componentes que ya han sido calificados para el uso humano. [ cita requerida ]
El cargamento se lanzaría en una versión de carga pesada del transbordador espacial, que sería un propulsor "en línea" que montaría cargas útiles en la parte superior del propulsor. La opción en línea originalmente incluía cinco versiones desechables de los SSME en la etapa central, pero luego se cambió a cinco motores de cohete RS-68 (actualmente en uso en el cohete Delta IV Heavy ), con mayor empuje y menores costos, lo que requirió un ligero aumento en el diámetro general del núcleo. Dos SRB de cinco segmentos agrandados ayudarían a los motores RS-68 a propulsar la segunda etapa del cohete, conocida como la Etapa de Salida de la Tierra (EDS), y la carga útil en LEO. Podría elevar alrededor de 125 toneladas a LEO, y se estimó que costaría 540 millones de dólares por lanzamiento.
La infraestructura del Centro Espacial Kennedy , incluido el Edificio de Ensamblaje de Vehículos (VAB) y las plataformas de lanzamiento del transbordador LC-39A y 39B, se mantuvieron y se adaptaron a las necesidades de los futuros vehículos de lanzamiento gigantes. La nueva plataforma LC-39C se construyó más tarde para albergar pequeños vehículos de lanzamiento con la opción de construir la LC-39D o resucitar las antiguas plataformas LC-34 o LC-37A en la cercana Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral utilizada por el Saturno IB para las primeras misiones orbitales terrestres del programa Apolo. [ cita requerida ]
La ESAS recomendó estrategias para volar el CEV tripulado para 2014, y respaldó una aproximación de encuentro en órbita lunar a la Luna. Las versiones LEO del CEV llevarían tripulaciones de cuatro a seis a la ISS. La versión lunar del CEV llevaría una tripulación de cuatro y el CEV marciano llevaría seis. La carga también podría transportarse a bordo de una versión no tripulada del CEV, similar a las naves de carga rusas Progress . Lockheed Martin fue seleccionado como el contratista para el CEV por la NASA. Este vehículo finalmente se convertiría en el Orion MPCV con su primer vuelo en 2014 ( EFT-1 ), su primer vuelo tripulado en 2022 ( Artemis 2 ) y el primer vuelo de aterrizaje lunar en 2024 ( Artemis 3 ). Solo se construyó una versión del vehículo para apoyar misiones en el espacio profundo, con transferencias de tripulación a la ISS manejadas por el Programa de Tripulación Comercial .
El módulo de reentrada CEV pesaría alrededor de 12 toneladas, casi el doble de la masa del módulo de comando Apollo, y, como Apollo, estaría unido a un módulo de servicio para soporte vital y propulsión ( European Service Module ). El CEV sería una cápsula similar a Apollo, con un escudo térmico tipo Viking , no un cuerpo elevador o vehículo alado como lo fue el Shuttle. Aterrizaría en tierra en lugar de agua, similar a la nave espacial rusa Soyuz . Esto se cambiaría a amerizaje solo para ahorrar peso, el CST-100 Starliner sería la primera nave espacial estadounidense en aterrizar en tierra. Las posibles áreas de aterrizaje que se habían identificado incluían la Base de la Fuerza Aérea Edwards , California, Carson Flats ( Carson Sink [4] ), Nevada, y el área alrededor de Moses Lake, estado de Washington. Aterrizar en la costa oeste permitiría que la mayor parte de la ruta de reentrada se volara sobre el Océano Pacífico en lugar de áreas pobladas. El CEV utilizaría un escudo térmico ablativo (similar al del Apolo) que se desecharía después de cada uso, y el propio CEV podría reutilizarse unas 10 veces.
El desarrollo acelerado de la misión lunar estaba previsto para comenzar en 2010, una vez que se retirara el transbordador. El módulo de acceso a la superficie lunar, que más tarde se conocería como Altair , y el cohete de carga pesada ( Ares V ) se desarrollarían en paralelo y ambos estarían listos para volar en 2018. El objetivo final era lograr un aterrizaje lunar en 2020; el Programa Artemisa ahora apunta a un aterrizaje lunar en 2024. El LSAM sería mucho más grande que el módulo lunar Apolo y sería capaz de transportar hasta 23 toneladas de carga a la superficie lunar para apoyar un puesto avanzado lunar.
Al igual que el módulo lunar Apollo, el LSAM incluiría una etapa de descenso para el aterrizaje y una etapa de ascenso para regresar a la órbita. La tripulación de cuatro personas viajaría en la etapa de ascenso. La etapa de ascenso estaría propulsada por un combustible de metano / oxígeno para el regreso a la órbita lunar (posteriormente se cambió a hidrógeno líquido y oxígeno líquido, debido a la infancia de la propulsión de cohetes de oxígeno/metano). Esto permitiría que se utilizara un derivado del mismo módulo de aterrizaje en misiones posteriores a Marte, donde se puede fabricar propulsor de metano a partir del suelo marciano en un proceso conocido como Utilización de recursos in situ (ISRU). El LSAM apoyaría a la tripulación de cuatro personas en la superficie lunar durante aproximadamente una semana y utilizaría vehículos móviles avanzados para explorar la superficie lunar. La enorme cantidad de carga transportada por el LSAM sería extremadamente beneficiosa para apoyar una base lunar y para llevar grandes cantidades de equipo científico a la superficie lunar. Artemis utilizará módulos de aterrizaje lanzados por separado en el marco del Programa CLPS para entregar equipo de apoyo para puestos avanzados lunares.
El perfil de la misión lunar fue una combinación de aproximación en órbita terrestre y aproximación en órbita lunar (LOR). Primero, el LSAM y el EDS se lanzarían a bordo del vehículo de carga pesada derivado del transbordador ( Ares V ). El EDS sería un derivado de la etapa superior S-IVB utilizada en el cohete Saturno V y utilizará un solo motor J-2X similar al utilizado en el propulsor derivado del SRB [ cita requerida ] (originalmente se iban a utilizar dos motores J-2X, pero los motores RS-68 para la etapa central permitirán a la NASA utilizar solo uno). Luego, la tripulación se lanzaría en el CEV en el propulsor derivado del SRB ( Ares I ), y el CEV y el LSAM se acoplarían en la órbita terrestre. El EDS luego enviaría el complejo a la Luna. El LSAM pondría el complejo en órbita lunar (similar al cohete Block D del fallido intento soviético de alcanzar la Luna en los años 1960 y 1970), donde cuatro astronautas abordarían el LSAM para descender a la superficie lunar durante una semana de exploración. Una parte del LSAM podría quedar atrás con carga para comenzar el establecimiento de un puesto de avanzada a largo plazo.
Tanto el LSAM como el CEV lunar llevarían una tripulación de cuatro personas. Toda la tripulación descendería a la superficie lunar, dejando el CEV desocupado. [5] Una vez transcurrido el tiempo en la superficie lunar, la tripulación regresaría a la órbita lunar en la etapa de ascenso del LSAM. El LSAM se acoplaría al CEV. La tripulación regresaría al CEV y se desharía del LSAM, y luego el motor del CEV pondría a la tripulación en rumbo a la Tierra. Luego, de forma muy similar a lo que ocurrió en Apolo, se desharía del módulo de servicio y el CEV descendería para un aterrizaje mediante un sistema de tres paracaídas.
En última instancia , se construiría un puesto avanzado lunar patrocinado por la NASA , posiblemente cerca del polo sur de la Luna. Pero esta decisión aún no se ha tomado y dependería de la posible participación internacional y comercial en el proyecto de exploración. El Programa Artemis espera establecer un pequeño puesto avanzado lunar internacional para 2028 [ cita requerida ]
El uso de vehículos eléctricos escalables y un módulo de aterrizaje con motores alimentados con metano permitió realizar pruebas de hardware significativas para misiones a Marte en la Luna. Las futuras misiones a Marte comenzarían a planificarse en detalle alrededor de 2020 e incluirían el uso de ISRU lunar y también serían "de clase conjuntiva", lo que significa que en lugar de hacer un sobrevuelo de Venus y pasar entre 20 y 40 días en la superficie marciana, la tripulación iría directamente a Marte y regresaría y pasaría unos 500 a 600 días explorando Marte.
La ESAS estimó que el costo del programa lunar tripulado hasta 2025 será de 217 mil millones de dólares, sólo 7 mil millones de dólares más que el presupuesto de exploración proyectado actualmente por la NASA hasta ese momento.
En un principio, se dijo que la propuesta de la ESAS se podría lograr utilizando únicamente los fondos existentes de la NASA, sin recortes significativos en otros programas de la NASA; sin embargo, pronto se hizo evidente que se necesitaba mucho más dinero. Los partidarios de Constellation vieron esto como una justificación para terminar el programa del transbordador lo antes posible, y la NASA implementó un plan para terminar el apoyo tanto al transbordador como a la ISS en 2010. Esto fue unos 10 años antes de lo planeado para ambos programas, por lo que debe considerarse un recorte significativo. Esto dio lugar a fuertes objeciones de los socios internacionales de que Estados Unidos no estaba cumpliendo con sus compromisos, y preocupaciones en el Congreso de que la inversión en la ISS sería un desperdicio.
A principios de abril de 2006, surgieron algunas críticas sobre la viabilidad del estudio original de la ESAS, en su mayoría relacionadas con el uso de combustible de metano y oxígeno. La NASA originalmente buscó esta combinación porque se podía "extraer" in situ del suelo lunar o marciano, algo que podría ser potencialmente útil en misiones a estos cuerpos celestes. Sin embargo, la tecnología es relativamente nueva y no se ha probado. Agregaría un tiempo significativo al proyecto y un peso significativo al sistema. En julio de 2006, la NASA respondió a estas críticas cambiando el plan a combustibles de cohetes tradicionales (hidrógeno líquido y oxígeno para el LSAM e hipergólicos para el CEV). Esto ha reducido el peso y acortado el marco temporal del proyecto. [6]
Sin embargo, la principal crítica al ESAS se basó en sus estimaciones de seguridad y costo. Los autores utilizaron la tasa de fallos de lanzamiento del Titan III y IV como una estimación para la tasa de fallos del Delta IV Heavy. El Titan combinaba una etapa central derivada de un ICBM temprano con grandes impulsores de combustible sólido segmentados y una etapa superior alimentada con hidrógeno desarrollada anteriormente. Era un vehículo complejo y tenía una tasa de fallos relativamente alta. En contraste, el Delta IV Heavy era un diseño "desde cero", todavía en servicio, que usaba solo combustible líquido. Por el contrario, la tasa de fallos del Shuttle SRB se utilizó para estimar la tasa de fallos del Ares I, sin embargo, solo se consideraron los lanzamientos posteriores a la pérdida del Challenger, y cada lanzamiento del transbordador se consideró como dos lanzamientos exitosos del Ares a pesar de que los SRB del Shuttle no incluyen sistemas de guía o control de balanceo.
El Delta IV se lanza actualmente desde el Complejo 37 de la Estación Aérea de Cabo Cañaveral, y el fabricante, United Launch Alliance, había propuesto lanzar vuelos tripulados desde allí. Sin embargo, en la estimación de los costes, la ESAS supuso que todos los diseños en competencia tendrían que ser lanzados desde el Complejo 39 de Lanzamiento, y que el Edificio de Ensamblaje de Vehículos, las Plataformas de Lanzamiento Móvil y las plataformas A y B tendrían que ser modificadas para acomodarlos. Las instalaciones del LC-39 son mucho más grandes, más complejas, más antiguas y más caras de mantener que las modernas instalaciones del Complejo 37 y son totalmente inadecuadas para el Delta, que está integrado horizontalmente y se transporta sin combustible. Esta suposición no estaba justificada en el informe y aumentó considerablemente el coste operativo estimado para el Delta IV. Por último, la decisión en 2011 de añadir una prueba sin tripulación del Orión en un Delta IV contradice claramente la conclusión de la ESAS de que esto era inviable.
El Comité de Revisión de los Planes de Vuelos Espaciales Humanos de los Estados Unidos (también conocido como Comité HSF , Comisión Augustine o Comité Augustine ) fue un grupo convocado por la NASA a petición de la Oficina de Política Científica y Tecnológica (OSTP), para revisar los planes de vuelos espaciales humanos de la nación para asegurar "un camino vigoroso y sostenible para lograr sus aspiraciones más audaces en el espacio". La revisión fue anunciada por la OSTP el 7 de mayo de 2009. Cubría las opciones de vuelos espaciales humanos después del momento en que la NASA había planeado retirar el transbordador espacial . Se proporcionó un informe resumido al director de la OSTP , John Holdren , a la Oficina de Política Científica y Tecnológica de la Casa Blanca (OSTP) y al administrador de la NASA el 8 de septiembre de 2009. Se esperaba que el costo estimado asociado con la revisión fuera de US$3 millones. El comité estaba programado para estar activo durante 180 días; el informe se publicó el 22 de octubre de 2009.
El Comité consideró que el programa Constellation, que ya llevaba nueve años en funcionamiento, estaba tan atrasado, con tan pocos fondos y con un presupuesto tan excesivo que no era posible cumplir ninguno de sus objetivos. El presidente Obama eliminó el programa del presupuesto de 2010, cancelándolo de hecho. Un componente del programa, la cápsula de tripulación Orión, se volvió a incluir en los planes, pero como vehículo de rescate para complementar a la Soyuz rusa en el regreso de las tripulaciones de la Estación a la Tierra en caso de emergencia.
El "objetivo final" propuesto para los vuelos espaciales tripulados parece requerir dos objetivos básicos: (1) sostenibilidad física y (2) sostenibilidad económica. El Comité añade un tercer objetivo: cumplir objetivos nacionales clave. Estos podrían incluir la cooperación internacional, el desarrollo de nuevas industrias, la independencia energética, la reducción del cambio climático, el prestigio nacional, etc. Por lo tanto, el destino ideal debería contener recursos como el agua para sustentar la vida (que también proporciona oxígeno para respirar e hidrógeno para combinarse con el oxígeno para el combustible de los cohetes), y metales preciosos e industriales y otros recursos que pueden ser valiosos para la construcción espacial y tal vez en algunos casos valga la pena devolverlos a la Tierra (por ejemplo, véase la minería de asteroides ).
