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Logística espacial

La logística espacial es "la teoría y la práctica de impulsar el diseño de sistemas espaciales para su operatividad y soporte, y de gestionar el flujo de material, servicios e información necesarios a lo largo del ciclo de vida de un sistema espacial". [1] Incluye la logística terrestre en apoyo de los viajes espaciales, incluido cualquier "diseño y desarrollo, adquisición, almacenamiento, movimiento, distribución, mantenimiento, evacuación y disposición de material espacial" adicional, movimiento de personas en el espacio (tanto de rutina como para emergencias médicas y de otro tipo), y contratar y suministrar cualquier servicio de apoyo necesario para mantener los viajes espaciales. La investigación y la práctica de la logística espacial se centran principalmente en el modelado y la gestión de la cadena de suministro de astrologística desde la Tierra hasta destinos en todo el sistema solar, así como en las estrategias de arquitectura del sistema para minimizar tanto los requisitos logísticos como los costos operativos de las operaciones humanas y robóticas. en el espacio. [1]

Historia

Ya en 1960, Wernher von Braun hablaba de la necesidad y del subdesarrollo de la logística espacial: [2]

Tenemos un problema de logística en el espacio... que desafiará el pensamiento de los ingenieros de logística más visionarios. Como sabes, actualmente estamos investigando tres regiones del espacio: la cercana a la Tierra, la región lunar y los planetas . Si bien es seguro decir que todos nosotros sin duda hemos sido conscientes de muchos o la mayoría de los requisitos y problemas logísticos en la discusión, al menos de manera general, creo que también es seguro afirmar que muchos de nosotros no nos hemos dado cuenta. la enorme amplitud de las tareas realizadas en el área logística. Espero que las discusiones permitan comprender mejor el hecho de que el apoyo logístico es una parte importante de la mayoría de los grandes proyectos de desarrollo. De hecho, el apoyo logístico es una de las principales causas del éxito o del fracaso de muchas empresas.

En 2004, cuando la NASA inició una iniciativa gubernamental para explorar la Luna , Marte y más allá, [3] se habían identificado una serie de deficiencias tanto en capacidad como en capacidad para soportar las necesidades logísticas incluso en la órbita terrestre baja. [4] [5]

En 2005, los analistas reconocieron la inminente oportunidad para los gobiernos nacionales involucrados en el programa del Transbordador Espacial de reducir costos mediante la adquisición comercial de servicios logísticos de transporte de carga luego de la finalización de la fase de construcción de la Estación Espacial Internacional , [4] que entonces se esperaba para 2010. [5 ]

Actividades posteriores a 2005

Según Manufacturing Business Technology, [6]

La NASA ha otorgado 3,8 millones de dólares a dos profesores de ingeniería del MIT para que realicen un estudio interdisciplinario para adaptar la logística de la cadena de suministro para respaldar el transporte y la transferencia de materiales interplanetarios. Los profesores David Simchi-Levi y Olivier de Weck de la División de Sistemas de Ingeniería del MIT encabezarán el proyecto en asociación con el Jet Propulsion Laboratory , Payload Systems y United Space Alliance .
La exploración espacial sostenible es imposible sin una gestión adecuada de la cadena de suministro y, a diferencia de Apolo, la exploración futura tendrá que depender de una compleja red de suministro en tierra y en el espacio. El objetivo principal de este proyecto es desarrollar un marco integral de gestión de la cadena de suministro y una herramienta de planificación para la logística espacial. El eventual marco de logística espacial integrada abarcará el movimiento terrestre de material e información, la transferencia a los sitios de lanzamiento , la integración de la carga útil en los vehículos de lanzamiento y el lanzamiento a la órbita terrestre baja , la transferencia planetaria y en el espacio, y la logística de la superficie planetaria. El modelo de gestión de la cadena de suministro interplanetaria liderado por el MIT adoptará un enfoque de desarrollo de cuatro fases:
1. Revisión de las lecciones aprendidas en materia de gestión de la cadena de suministro de proyectos comerciales y militares terrestres, incluidos los submarinos navales y la logística ártica.
2. Análisis de redes de logística espacial basados ​​en modelos de órbitas Tierra-Luna-Marte y sitios de exploración y aterrizaje esperados.
3. Modelado de oferta y demanda que abarque la incertidumbre en la demanda, la combinación de carga, los costos y las interrupciones de la cadena de suministro.
4. Desarrollo de una arquitectura de cadena de suministro interplanetaria.

Ejemplos de clases de suministro

Entre las clases de suministros identificadas por el Centro de Logística Espacial del MIT: [7]

En la categoría de transporte espacial para soporte de la ISS , se podría enumerar:

Tianzhou (nave espacial) es la única nave espacial de reabastecimiento no tripulada prescindible a la Estación Espacial China .

Estado de la capacidad logística de la ISS en 2005

En 2005, se proporcionó una instantánea de la logística de una única instalación espacial, la Estación Espacial Internacional, a través de un estudio exhaustivo realizado por James Baker y Frank Eichstadt. [8] Esta sección del artículo hace amplia referencia a ese estudio.

Requisitos de carga de la ISS

A partir de 2004 , el transbordador espacial estadounidense , el Progress ruso y, en medida muy limitada, los vehículos rusos Soyuz eran los únicos sistemas de transporte espacial capaces de transportar carga de la ISS. [8]

Sin embargo, en 2004, ya se anticipó que el vehículo de transferencia automatizado europeo (ATV) y el vehículo de transferencia japonés H-IIA (HTV) se pondrían en servicio antes de que finalizara el montaje de la ISS . En 2004, el transbordador estadounidense transportaba la mayoría de la carga presurizada y no presurizada y proporciona prácticamente toda la capacidad de masa recuperable (la capacidad de reentrada no destructiva de la carga). [8] [ necesita actualización ]

Capacidades de vehículos de carga

Baker y Eichstadt también escribieron, en 2005: [8]

Es necesario comprender los futuros requisitos de carga de la ISS para dimensionar un vehículo de carga comercial diseñado para reemplazar las capacidades del Shuttle y aumentar los vehículos alternativos actualmente planificados. Es difícil establecer estimaciones precisas de los requisitos de transferencia de carga de la ISS debido a los cambios continuos en los requisitos logísticos, los niveles de atención de la tripulación, la disponibilidad de vehículos y el papel cambiante que desempeñará la ISS en los objetivos de investigación y exploración espacial de la NASA.
Durante los años 2007-2010 se muestra un aumento en la necesidad de entrega de carga sin presión. Este aumento de tarifa es el resultado de un plan actual para preposicionar repuestos no presurizados en la ISS antes del retiro del Shuttle. La provisión de un transportador de carga comercial capaz de transportar repuestos no presurizados para complementar el Shuttle elimina el requisito de posicionamiento previo y alinea los promedios estimados durante 2007-2010 a aproximadamente 24.000 kg para carga presurizada y 6.800 kg para carga no presurizada. Teniendo en cuenta la capacidad de entrega de los sistemas restantes después de que el Shuttle se retire, se obtiene resultados.
El retiro del Shuttle y la dependencia del Progress, ATV y HTV para la logística de la ISS no darán como resultado una capacidad significativa de masa descendente recuperable. Además, ninguna evidencia sugiere que alguno de estos sistemas de transporte de carga pueda aumentar las tasas de producción y lanzamiento para cubrir la deficiencia en la entrega de carga.

Oportunidad comercial

Baker y Eichstadt también escribieron, en 2005: [8]

Además de las deficiencias en el apoyo de la ISS, existen oportunidades alternativas para un sistema de transporte de carga comercial. El retiro del Transbordador también resultará en la imposibilidad de realizar investigaciones en órbita terrestre baja (LEO) independientemente de la ISS. Un servicio de carga útil comercial podría servir como plataforma de investigación de vuelo libre para satisfacer esta necesidad. A medida que surjan necesidades de apoyo logístico para la iniciativa de exploración espacial de la NASA, se podrá emplear el sistema comercial existente.
Finalmente, el creciente interés en el desarrollo de estaciones espaciales comerciales no gubernamentales debe tener en cuenta las cuestiones de reabastecimiento. Sin duda, estas consideraciones estarán sujetas a un análisis de fabricación/compra. Los sistemas existentes que han amortizado sus costos de desarrollo a través de múltiples programas gubernamentales y no gubernamentales deberían favorecer una decisión de "compra" por parte de los operadores de estaciones espaciales comerciales. A medida que surjan estos mercados, las empresas comerciales estarán en condiciones de proporcionar servicios logísticos a una fracción del costo de los sistemas desarrollados por el gobierno. Las economías de escala resultantes beneficiarán a ambos mercados. A esta conclusión se llegó en un estudio de Price-Waterhouse encargado por la NASA en 1991. [9] El estudio concluyó que el valor del servicio de módulo comercial basado en activos de vuelo de SPACEHAB, con un valor actual neto estimado de 160 millones de dólares, habría costado al El gobierno de EE. UU. ha destinado más de mil millones de dólares para desarrollar y operar utilizando el costo estándar más la contratación. Las operaciones y desarrollos comerciales de SPACEHAB (como el Integrated Cargo Carrier) desde 1991 representan mayores ahorros de costos en comparación con los sistemas operados y de propiedad gubernamental.
Es más probable que las empresas comerciales inviertan eficientemente capital privado en mejoras de servicios, disponibilidad continua asegurada y capacidad de servicio mejorada. SPACEHAB ha demostrado esta tendencia, común en aplicaciones no aeroespaciales, en el mercado de sistemas espaciales comerciales mediante mejoras continuas de los módulos y la introducción de nuevos transportistas logísticos.
Las deficiencias en la capacidad de transporte de carga de la ISS, las oportunidades emergentes y la experiencia obtenida de las operaciones terrestres y aéreas existentes de SPACEHAB han fomentado el desarrollo del Servicio de carga útil comercial (CPS). Como sistema desarrollado comercialmente, SPACEHAB reconoce que para optimizar su capacidad y asequibilidad es necesario adoptar ciertos enfoques en el desarrollo y las operaciones del sistema.
El primer enfoque impone requisitos moderados al sistema. La introducción de capacidades fundamentales en el front-end y la cicatrización de capacidades mejoradas posteriormente reduce el costo de lanzamiento y acorta el tiempo de desarrollo.
El segundo es la utilización de la tecnología y las capacidades existentes, cuando corresponda. Una característica típica de los programas de la NASA es la búsqueda continua de tecnologías recientemente desarrolladas. Si bien es atractiva desde una perspectiva de avance técnico, esta búsqueda es costosa y a menudo no logra crear capacidades operativas. Un módulo de carga desarrollado comercialmente maximizará el uso de las tecnologías existentes (disponibles cuando sea posible) y buscará avances técnicos sólo cuando los requisitos del sistema o las condiciones del mercado impulsen la necesidad de dichos avances. Además, los costos asociados con el desarrollo de naves espaciales no se limitan a los asociados con los sistemas del vehículo. También deben considerarse los importantes costos asociados con la infraestructura. Las instalaciones de procesamiento de vehículos y logística existentes de SPACEHAB ubicadas junto con el campo de lanzamiento del este y en las instalaciones de Sea Launch permiten evitar costos significativos de desarrollo del sistema.
Finalmente, SPACEHAB ha logrado reducciones de costos y cronogramas al emplear procesos comerciales en lugar de procesos gubernamentales. Como resultado, la plantilla de integración de la misión de SPACEHAB para un transportista basado en Shuttle es de 14 meses, en comparación con los 22 meses de un módulo de logística multipropósito (MPLM) basado en Shuttle similar. [10]

Capacidad de transferencia de estantes

Baker y Eichstadt también escribieron, en 2005: [8]

La ISS utiliza el International Standard Payload Rack (ISPR) como estructura principal de carga útil y alojamiento para experimentos en todos los módulos operados en EE. UU. La transferencia de ISPR dentro y fuera de la ISS requiere pasar a través de la escotilla que solo se encuentra en los lugares de atraque del Mecanismo de Atraque Común (CBM). El diámetro del CBM combinado con las proporciones ISPR generalmente hace que los diámetros de los vehículos de carga alcancen tamaños que solo se adaptan a carenados de carga útil de 5 m lanzados en vehículos de lanzamiento desechables evolucionados (EELV).

Cargas útiles presurizadas de reentrada recuperable

Baker y Eichstadt también escribieron, en 2005: [8]

El vehículo ruso Progress ha servido durante mucho tiempo como vehículo de carga que, al salir de una estación espacial, vuelve a entrar de forma destructiva en la atmósfera destruyendo toda la "carga" a bordo. Este enfoque funciona muy eficazmente para eliminar masa no deseada de una estación espacial. Sin embargo, la NASA ha indicado que el regreso de las cargas útiles desde la ISS es muy deseable [5]. Por lo tanto, un sistema comercial debe examinar las implicaciones de incluir una capacidad de retorno de carga útil presurizada, ya sea en el diseño inicial o como una característica mejorada del servicio que se introducirá en el futuro. Proporcionar dicha capacidad requiere la incorporación de un subsistema de protección térmica, subsistemas de desorbitación de objetivos, subsistemas de recuperación de aterrizaje, infraestructura de recuperación en tierra y una licencia de la FAA. La recuperación de cargas útiles despresurizadas presenta desafíos únicos asociados con la naturaleza expuesta de los transportadores despresurizados. Para implementar un sistema de reentrada recuperable para cargas útiles no presurizadas se requiere el desarrollo de un sistema de encapsulación. Las actividades de encapsulación deben ocurrir de forma autónoma antes del reingreso o como parte de las operaciones asociadas con la carga del transportista de carga no presurizada con carga de regreso. En cualquier caso, el costo adicional asociado con los sistemas de las naves espaciales o el aumento de los requisitos operativos será mayor que simplemente cargar y salir de un vehículo presurizado para una reentrada destructiva.

Capacidad de manifiesto mixto

Baker y Eichstadt también escribieron, en 2005: [8]

Normalmente, evitar soluciones puntuales proporciona flexibilidad para que un sistema determinado proporcione capacidades variables. Diseñar un transportador de carga que combine sistemas presurizados y no presurizados puede generar un aumento de costos si todos los alojamientos de carga asociados deben volar en cada vuelo. Para evitar costos innecesarios asociados con el diseño y la estructura de vuelo que se adapta a capacidades relativas fijas de todo tipo de cargas útiles, se adopta un enfoque modular para CPS. Los requisitos de transporte de carga previstos para la ISS después de que se retire el Shuttle indican que las misiones dedicadas presurizadas y no presurizadas pueden satisfacer los requisitos de masa ascendente de la ISS. La utilización de características básicas comunes (es decir, módulo de servicio, sistema de acoplamiento, etc.) y la modularización de los elementos portadores presurizados y no presurizados de la nave espacial garantiza flexibilidad y evita soluciones puntuales.

Transferencia de propulsor

Baker y Eichstadt también escribieron, en 2005: [8]

El segmento ruso de la ISS (RSOS) tiene la capacidad, a través de mecanismos de acoplamiento de sonda y cono, de apoyar la transferencia de propulsor. La incorporación de la capacidad de transferencia de propulsor introduce problemas internacionales que requieren la coordinación de múltiples organizaciones corporativas y gubernamentales. Dado que el Russian Progress y el ATV de la ESA cubren adecuadamente los requisitos de propulsor de la ISS, se pueden evitar los costos asociados con la incorporación de estas características. Sin embargo, la naturaleza modular del CPS, junto con la capacidad inherente de los subsistemas seleccionados, permite alternativas económicas a la transferencia de propulsor en caso de que las necesidades de la ISS lo requieran.
Los costos indirectos considerados en el desarrollo de la arquitectura CPS incluyen los requisitos de licencia asociados con el Reglamento de Tráfico Internacional de Armas (ITAR) y los requisitos de licencia de entrada y lanzamiento comercial de la Administración Federal de Aviación (FAA). La concesión de licencias ITAR impulsa una cuidadosa selección de los proveedores de subsistemas de vehículos. Cualquier utilización o fabricación de subsistemas de naves espaciales por parte de entidades no estadounidenses solo puede implementarse una vez que se cuente con las aprobaciones apropiadas del Departamento de Estado y/o de Comercio. Los requisitos de licencia de la FAA exigen una selección cuidadosa de los sitios de lanzamiento y aterrizaje. Los vehículos desarrollados por una corporación organizada en los EE. UU., incluso si se lanzan en otro país, requieren una revisión del sistema del vehículo, las operaciones y el programa de seguridad por parte de la FAA para garantizar que los riesgos para las personas y la propiedad estén dentro de los límites aceptables [11]

masa descendente

Si bien la logística espacial se centra de manera importante en la masa ascendente , o la masa de la carga útil transportada hasta la órbita desde la Tierra, las operaciones de las estaciones espaciales también tienen importantes requisitos de masa descendente. El retorno de carga desde la órbita terrestre baja a la Tierra se conoce como transporte de masa descendente , la masa total de carga útil logística que se devuelve desde el espacio a la superficie de la Tierra para su posterior uso o análisis. [12] La logística de masa descendente es un aspecto importante del trabajo de investigación y fabricación que se realiza en las instalaciones espaciales orbitales. En la década de 2020, el término comenzó a utilizarse también en el contexto del movimiento de masas hacia y desde otros cuerpos planetarios . Por ejemplo, "la capacidad de masa arriba y abajo [del módulo de aterrizaje lunar SpaceX Starship HLS ] superó con creces los requisitos de la NASA" [13]

Para la Estación Espacial Internacional , ha habido períodos en los que la capacidad de masa descendente estuvo severamente restringida. Por ejemplo, durante aproximadamente diez meses desde el momento de la retirada del transbordador espacial después de la misión STS-135 en julio de 2011 (y la consiguiente pérdida de la capacidad del transbordador espacial para devolver la masa de carga útil), una preocupación creciente fue el retorno de carga con masa descendente desde zonas bajas. Órbita terrestre a la Tierra para su posterior uso o análisis. [12] Durante este período de tiempo, de los cuatro vehículos espaciales capaces de llegar y entregar carga a la Estación Espacial Internacional, solo el vehículo ruso Soyuz podía devolver incluso una carga útil muy pequeña a la Tierra. La capacidad de reducción de la carga de la Soyuz fue limitada ya que toda la cápsula espacial se llenó al máximo de su capacidad con los tres miembros de la tripulación de la ISS que regresan en cada regreso de la Soyuz. En ese momento, ninguno de los vehículos de reabastecimiento de carga restantes (la Agencia Espacial Rusa Progress , el ATV de la Agencia Espacial Europea (ESA) y el HTV de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) ) podía devolver cargamento de masa descendente para uso o examen terrestre. [12]

Después de 2012, con el atraque exitoso del SpaceX Dragon contratado comercialmente durante la misión Dragon C2+ en mayo de 2012, y el inicio de vuelos operativos de carga en octubre de 2012, [14] la capacidad de masa descendente de la ISS es ahora de 3.000 kilogramos (6.600 lb) por Vuelo Dragon, servicio que brinda la cápsula de carga Dragon de manera rutinaria. [15] Una cápsula de retorno probada en 2018 llamada HTV Small Re-entry Capsule (HSRC) podría usarse en futuros vuelos de HTV. [16] El HSRC tiene una capacidad máxima de masa descendente de 20 kilogramos (44 lb). [17]

Ver también

Referencias

  1. ^ ab AIAA STLC. "Definición de Logística Espacial". AIAA . Consultado el 22 de noviembre de 2022 .
  2. ^ Wernher von Braun (1960). Wernher von Braun analiza la importancia de la logística espacial. AIAA . Archivado desde el original el 18 de octubre de 2010.
  3. ^ GW Bush, Un espíritu de descubrimiento renovado: la visión del presidente para la exploración espacial de EE. UU., enero de 2004.
  4. ^ ab Baker, James D.; Eichstadt, James (mayo de 2005). "Servicio de transporte de carga comercial para ISS". Acta Astronáutica . 57 (2): 257–265. Código bibliográfico : 2005AcAau..57..257B. doi :10.1016/j.actaastro.2005.04.001.
  5. ^ ab Congreso de los Estados Unidos, Ley Nacional de Aeronáutica y el Espacio de 1958, según enmendada, Ley Pública 85-568, 1984.
  6. ^ "El estudio de gestión de la cadena de suministro y transporte de materiales se vuelve interplanetario: Lunar Logistics". Tecnología empresarial de fabricación . 23 (8): 12. 1 de agosto de 2005. Archivado desde el original el 6 de noviembre de 2012.
  7. ^ "Clases de Suministro para Logística de Exploración". Arquitectura logística y gestión de la cadena de suministro interplanetaria . Centro de logística espacial del MIT. Archivado desde el original el 5 de julio de 2008 . Consultado el 8 de agosto de 2011 .
  8. ^ abcdefghi Baker, James D.; Eichstadt, Frank (mayo de 2005). "Servicio de transporte de carga comercial para ISS". Acta Astronáutica . 57 (2): 257–265. Código bibliográfico : 2005AcAau..57..257B. doi :10.1016/j.actaastro.2005.04.001.
  9. ^ Price Waterhouse, Análisis de alternativas de compra y arrendamiento de la NASA para el módulo de aumento comercial Middeck, 1991.
  10. ^ Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, Plan de implementación del programa de la estación, vol. 6: Integración Física de Carga, SSP 50200-06, diciembre de 1997.
  11. ^ Administración Federal de Aviación-Oficina de Transporte Espacial Comercial, 14 CFR, noviembre de 2000 (Capítulo III).
  12. ^ abc Bergin, Chris (20 de abril de 2012). "Carga arriba y abajo: Dragon para demostrar la importancia de la masa descendente". Vuelos espaciales de la NASA . Consultado el 23 de abril de 2012 . "Sin embargo, los viajes de carga en general son vitales para la estación, sobre todo desde el fin de la capacidad masiva de la que disfrutaba la ISS a través de la flota de transbordadores espaciales. Ahora que los orbitadores están retirados, una serie de vehículos de reabastecimiento pretenden tomar el relevo , que van desde los actuales vehículos rusos Progress hasta el ATV europeo, el HTV japonés y, en muy pequeña medida, los vehículos rusos Soyuz. Sin embargo, fue la capacidad adicional de la función de masa descendente del Shuttle con la ISS lo que a menudo se subestimó durante la final. años de sus vuelos a la Estación, algo que los vehículos de reabastecimiento rusos, europeos y japoneses no pudieron mitigar una vez que la flota fue retirada, salvo la muy pequeña masa descendente permitida por la Soyuz".
  13. ^ Burghardt, Thomas (20 de abril de 2021). "Después de que la NASA recurre a la nave Starship de SpaceX para los primeros aterrizajes de Artemis, la agencia busca incorporar vehículos futuros". Noticias espaciales . Consultado el 21 de abril de 2021 .
  14. ^ "La cápsula SpaceX regresa con un aterrizaje seguro en el Pacífico". BBC . 28 de octubre de 2012 . Consultado el 23 de diciembre de 2012 .
  15. ^ Negro, Charles (24 de diciembre de 2012). "Cuando Dragon hizo realidad los vuelos espaciales comerciales". SEN . Consultado el 26 de diciembre de 2012 . La capacidad [de Dragon] para devolver mercancías es actualmente única porque todos los demás barcos de suministro regulares - el Vehículo de Transferencia Automatizada (ATV) de Europa, el HTV de Japón (o "Kounotori") y el Progress de Rusia - se queman durante el reingreso controlado.
  16. ^ Hayashi, Kimiyo (13 de diciembre de 2018). "数多くの困難、時間との闘いを乗り越えて。小型回収カプセルが拓く未来" (en japonés) . Consultado el 22 de enero de 2019 . ... 貨物船「こうのとり」は残り2機（8号機、9号機）で終了となり、2021年度に打ち上げ予定の新型宇宙ステーション補給機HTV-Xにバトンタッチする。今回と同様の小型回収カプセル実験は9号機で再度行う可能性はあるが、自立的な回収カプセルはHTV-Xが運ぶことになるだろう。 ...
  17. ^ "日本独自の宇宙回収カプセル開発進む ＩＳＳの実験試料を迅速に研究者へ 有人船に応用も". Sankei Shimbun (en japonés). 18 de marzo de 2018 . Consultado el 10 de abril de 2018 . ... 回収能力はわずか約２０キロ。試料を冷蔵する場合は５キロ足らずだ。 ...

enlaces externos