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Estación espacial

International Space StationTiangong Space StationMirSkylabTiangong-2Salyut 1Salyut 2Salyut 4Salyut 6Salyut 7
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Comparaciones de tamaño entre estaciones espaciales actuales y pasadas, tal como se veían más recientemente. Paneles solares en azul, radiadores de calor en rojo. Las estaciones tienen diferentes profundidades que no se muestran con siluetas.

Una estación espacial (o estación orbital ) es una nave espacial que permanece en órbita y alberga seres humanos durante largos períodos de tiempo. Por lo tanto, es un satélite artificial con instalaciones habitables . El propósito de mantener una estación espacial varía según el programa. La mayoría de las veces, las estaciones espaciales han sido estaciones de investigación , pero también han tenido usos militares o comerciales , como albergar turistas espaciales .

Las estaciones espaciales han sido la única presencia continua de seres humanos en el espacio . La primera estación espacial fue Salyut 1 (1971), que acogió a la primera tripulación de la malograda Soyuz 11. Consecutivamente, se han puesto en funcionamiento estaciones espaciales desde Skylab (1973) y han estado ocupadas desde 1987 con la sucesora de Salyut, la Mir . La ocupación ininterrumpida se ha mantenido desde la transición operativa de la Mir a la Estación Espacial Internacional (ISS), con su primera ocupación en 2000.

Actualmente hay dos estaciones espaciales en pleno funcionamiento: la ISS y la estación espacial china Tiangong (TSS), que han estado ocupadas desde octubre de 2000 con la Expedición 1 y desde junio de 2022 con la Shenzhou 14. El mayor número de personas al mismo tiempo en una estación espacial ha sido de 13, logrado por primera vez con el acoplamiento de once días a la ISS de la 127.ª misión del transbordador espacial en 2009. El récord de mayor cantidad de personas en todas las estaciones espaciales al mismo tiempo ha sido de 17, el primero el 30 de mayo de 2023, con 11 personas en la ISS y 6 en la TSS. [1]

Las estaciones espaciales suelen ser modulares y cuentan con puertos de atraque , a través de los cuales se construyen y mantienen, lo que permite la unión o el movimiento de módulos y el atraque de otras naves espaciales para el intercambio de personas, suministros y herramientas. Si bien las estaciones espaciales generalmente no abandonan su órbita, cuentan con propulsores para mantener la posición .

Historia

Conceptos tempranos

La primera mención de algo parecido a una estación espacial apareció en " La luna de ladrillos " de Edward Everett Hale en 1868. [2] Los primeros en considerar seriamente y con fundamentos científicos la posibilidad de utilizar estaciones espaciales fueron Konstantin Tsiolkovsky y Hermann Oberth, con una diferencia de aproximadamente dos décadas, a principios del siglo XX. [3]

Primera descripción de una estación espacial giratoria , en El problema de los viajes espaciales (1929) , de Hermann Noordung . (Leyenda: Achs-Körper : cuerpo del eje . Aufzugschacht : hueco del ascensor . K : cable eléctrico a un observatorio externo. Kondensatorrohre : tubos del condensador. S : esclusa de aire . Treppenschacht : hueco de la escalera . Verdampfungsrohr : tubo de la caldera).

En 1929 se publicó El problema de los viajes espaciales de Herman Potočnik , el primero en imaginar una estación espacial con "ruedas giratorias" para crear gravedad artificial . [2] Conceptualizado durante la Segunda Guerra Mundial , el " cañón solar " era un arma orbital teórica que orbitaba la Tierra a una altura de 8200 kilómetros (5100 mi). Nunca se realizaron más investigaciones al respecto. [4] En 1951, Wernher von Braun publicó un concepto para una estación espacial con ruedas giratorias en Collier's Weekly , haciendo referencia a la idea de Potočnik. Sin embargo, el desarrollo de una estación giratoria nunca se inició en el siglo XX. [3]

Primeros avances y precursores

El primer ser humano voló al espacio y completó la primera órbita el 12 de abril de 1961, con el Vostok 1 .

El programa Apolo tenía en sus primeras etapas de planificación, en lugar de un aterrizaje lunar , un vuelo orbital lunar tripulado y una estación de laboratorio orbital en órbita de la Tierra, a veces llamado Proyecto Olimpo , como dos posibles objetivos del programa, hasta que la administración Kennedy aceleró el paso e hizo que el programa Apolo se centrara en lo que originalmente se había planeado que vendría después, el aterrizaje lunar. La estación espacial del Proyecto Olimpo, o laboratorio orbital del programa Apolo, se propuso como una estructura desplegada en el espacio con el módulo de comando y servicio Apolo acoplado. [5] Aunque nunca se realizó, el módulo de comando y servicio Apolo realizaría maniobras de acoplamiento y eventualmente se convertiría en un módulo orbital lunar que se utilizó para fines similares a los de una estación.

Pero antes de eso el programa Gemini allanó el camino y logró el primer encuentro espacial (desacoplamiento) con Gemini 6 y Gemini 7 en 1965. Posteriormente en 1966 Neil Armstrong realizó en Gemini 8 el primer acoplamiento espacial de la historia, mientras que en 1967 Kosmos 186 y Kosmos 188 fueron las primeras naves espaciales que se acoplaron automáticamente.

El Gemini 8 se acopla al vehículo Agena

En enero de 1969, Soyuz 4 y Soyuz 5 realizaron la primera transferencia de tripulación acoplada, pero no interna, y en marzo, Apollo 9 realizó la primera transferencia interna de astronautas entre dos naves espaciales acopladas.

Salyut, Almaz y Skylab

Skylab (1973-1974), la primera estación espacial estadounidense y la segunda en total

En 1971, la Unión Soviética desarrolló y lanzó la primera estación espacial del mundo, Salyut 1. [6] A las series Almaz y Salyut se unieron finalmente Skylab , Mir y Tiangong-1 y Tiangong-2 . El hardware desarrollado durante los esfuerzos soviéticos iniciales sigue en uso, con variantes evolucionadas que comprenden una parte considerable de la ISS, que orbita hoy. Cada miembro de la tripulación permanece a bordo de la estación durante semanas o meses, pero rara vez más de un año.

Las primeras estaciones eran diseños monolíticos que se construían y se lanzaban en una sola pieza, y que generalmente contenían todos sus suministros y equipos experimentales. Luego se lanzaba una tripulación para unirse a la estación y realizar investigaciones. Una vez que se consumían los suministros, la estación era abandonada. [6]

La primera estación espacial fue Salyut 1 , lanzada por la Unión Soviética el 19 de abril de 1971. Las primeras estaciones soviéticas se denominaban "Salyut", pero entre ellas había dos tipos distintos: civiles y militares. Las estaciones militares, Salyut 2 , Salyut 3 y Salyut 5 , también se conocían como estaciones Almaz . [7]

Las estaciones civiles Salyut 6 y Salyut 7 se construyeron con dos puertos de atraque, lo que permitió que una segunda tripulación visitara la estación y trajera una nueva nave espacial; el transbordador Soyuz podía pasar 90 días en el espacio, momento en el que debía ser reemplazado por una nueva nave espacial Soyuz. [8] Esto permitió que una tripulación estuviera en la estación continuamente. El Skylab estadounidense (1973-1979) también estaba equipado con dos puertos de atraque, como las estaciones de segunda generación, pero el puerto adicional nunca se utilizó. La presencia de un segundo puerto en las nuevas estaciones permitió que los vehículos de suministro Progress se acoplaran a la estación, lo que significa que se podían traer nuevos suministros para ayudar a las misiones de larga duración. Este concepto se amplió en Salyut 7, que se "atracó" con un remolcador TKS poco antes de ser abandonada; esto sirvió como una prueba de concepto para el uso de estaciones espaciales modulares. Las Salyut posteriores pueden considerarse razonablemente como una transición entre los dos grupos. [7]

Mir

Estación Mir vista en 1998

A diferencia de las estaciones anteriores, la estación espacial soviética Mir tenía un diseño modular : se lanzaba una unidad central y luego se añadían módulos adicionales, generalmente con una función específica. Este método permite una mayor flexibilidad en la operación, además de eliminar la necesidad de un único vehículo de lanzamiento inmensamente poderoso . Las estaciones modulares también están diseñadas desde el principio para que sus suministros sean proporcionados por naves de apoyo logístico, lo que permite una vida útil más larga a costa de requerir lanzamientos de apoyo regulares. [9]

Estación Espacial Internacional

Vista de la Estación Espacial Internacional en 2021

La ISS está dividida en dos secciones principales: el Segmento Orbital Ruso (ROS) y el Segmento Orbital Estadounidense (USOS). El primer módulo de la ISS, Zarya , fue lanzado en 1998. [10]

Los módulos de "segunda generación" del Segmento Orbital Ruso pudieron despegar en Proton , volar a la órbita correcta y acoplarse sin intervención humana. [11] Las conexiones se realizan automáticamente para la energía, los datos, los gases y los propulsores. El enfoque autónomo ruso permite el ensamblaje de estaciones espaciales antes del lanzamiento de la tripulación.

Los módulos rusos de "segunda generación" pueden reconfigurarse para adaptarse a las necesidades cambiantes. En 2009, RKK Energia estaba considerando la eliminación y reutilización de algunos módulos de ROS en el Complejo de Experimentación y Ensamblaje Pilotado Orbital una vez que se alcanzara el final de la misión para la ISS. [12] Sin embargo, en septiembre de 2017, el jefe de Roscosmos dijo que se había estudiado la viabilidad técnica de separar la estación para formar OPSEK y que ahora no había planes para separar el segmento ruso de la ISS. [13]

En cambio, los módulos estadounidenses principales se lanzaron en el transbordador espacial y fueron acoplados a la ISS por tripulaciones durante las EVA . Las conexiones para la energía eléctrica, los datos, la propulsión y los fluidos de refrigeración también se realizan en este momento, lo que da como resultado un bloque integrado de módulos que no está diseñado para desmontarse y debe desorbitarse como una sola masa. [14]

El Segmento Orbital Axiom es un segmento comercial planificado que se agregará a la ISS a partir de mediados de la década de 2020. Axiom Space obtuvo la aprobación de la NASA para la iniciativa en enero de 2020. Hasta tres módulos Axiom se unirán a la Estación Espacial Internacional. Se espera que el primer módulo, Hab One, se lance a fines de 2026 [15] y se acoplará al puerto delantero de Harmony , lo que requerirá la reubicación del PMA-2 . Axiom Space planea unir hasta dos módulos adicionales a su primer módulo central y enviar astronautas privados para habitar los módulos. Los módulos luego se separarían en la Estación Axiom de una manera similar a la OPSEK propuesta por Rusia. [16]

Tiangongprograma

Representación de la estación espacial Tiangong terminada en noviembre de 2022
Representación de la estación espacial Tiangong terminada en noviembre de 2022

El primer laboratorio espacial de China, el Tiangong-1, se lanzó en septiembre de 2011. [17] La ​​nave no tripulada Shenzhou 8 realizó con éxito un encuentro y acoplamiento automático en noviembre de 2011. La nave tripulada Shenzhou 9 se acopló a la Tiangong-1 en junio de 2012, seguida por la nave tripulada Shenzhou 10 en 2013. [ cita requerida ]

Según la Oficina de Ingeniería Espacial Tripulada de China , Tiangong-1 reingresó sobre el Océano Pacífico Sur , al noroeste de Tahití , el 2 de abril de 2018 a las 00:15 UTC. [18] [19]

En septiembre de 2016 se lanzó un segundo laboratorio espacial, el Tiangong-2 , mientras que el plan para el Tiangong-3 se fusionó con el Tiangong-2. [20] La estación realizó un reingreso controlado el 19 de julio de 2019 y se quemó sobre el Océano Pacífico Sur. [21]

La Estación Espacial Tiangong ( en chino :天宫; pinyin : Tiāngōng ; lit. 'Palacio Celestial'), cuyo primer módulo se lanzó el 29 de abril de 2021, [22] se encuentra en una órbita terrestre baja, a entre 340 y 450 kilómetros sobre la Tierra, con una inclinación orbital de entre 42° y 43°. Su construcción prevista mediante 11 lanzamientos en total entre 2021 y 2022 tenía como objetivo ampliar el módulo central con dos módulos de laboratorio, capaces de albergar hasta seis tripulantes. [23] [24]

Proyectos planificados

Estas estaciones espaciales han sido anunciadas por la entidad anfitriona y actualmente se encuentran en fase de planificación, desarrollo o producción. La fecha de lanzamiento que se indica aquí puede cambiar a medida que se disponga de más información.

Arquitectura

Se han utilizado dos tipos de estaciones espaciales: monolíticas y modulares. Las estaciones monolíticas constan de un solo vehículo y se lanzan mediante un cohete. Las estaciones modulares constan de dos o más vehículos separados que se lanzan de forma independiente y se acoplan en órbita. Actualmente se prefieren las estaciones modulares debido a sus menores costos y mayor flexibilidad. [50] [51]

Una estación espacial es un vehículo complejo que debe incorporar muchos subsistemas interrelacionados, entre ellos la estructura, la energía eléctrica, el control térmico, la determinación y el control de la actitud , la navegación y la propulsión orbitales, la automatización y la robótica, la informática y las comunicaciones, el soporte ambiental y vital, las instalaciones para la tripulación y el transporte de la tripulación y la carga. Las estaciones deben cumplir una función útil, que impulse las capacidades requeridas. [ cita requerida ]

Órbita y propósito

Materiales

Las estaciones espaciales están hechas de materiales duraderos que pueden soportar la radiación espacial , la presión interna, los micrometeoroides , los efectos térmicos del sol y las bajas temperaturas durante largos períodos de tiempo. Por lo general, están hechas de acero inoxidable , titanio y aleaciones de aluminio de alta calidad , con capas de aislamiento como Kevlar como protección de escudo balístico. [52]

La Estación Espacial Internacional (ISS) tiene un solo módulo inflable, el Módulo de Actividad Expandible Bigelow , que se instaló en abril  de 2016 después de ser entregado a la ISS en la misión de reabastecimiento CRS-8 de SpaceX . [53] [54] Este módulo, basado en una investigación de la NASA en la década de 1990, pesa 1.400 kilogramos (3.100 libras) y fue transportado mientras estaba comprimido antes de ser conectado a la ISS por el brazo de la estación espacial e inflado para proporcionar un volumen de 16 metros cúbicos (21 yardas cúbicas). Si bien inicialmente fue diseñado para una  vida útil de 2 años, todavía estaba conectado y se usaba para almacenamiento en agosto de 2022. [55] [56]

Construcción

Habitabilidad

El entorno de la estación espacial presenta diversos desafíos para la habitabilidad humana, incluidos problemas a corto plazo, como los suministros limitados de aire, agua y alimentos y la necesidad de gestionar el calor residual , y problemas a largo plazo, como la ingravidez y niveles relativamente altos de radiación ionizante . Estas condiciones pueden crear problemas de salud a largo plazo para los habitantes de la estación espacial, incluida la atrofia muscular , el deterioro óseo , los trastornos del equilibrio , los trastornos de la vista y un riesgo elevado de cáncer . [57]

Los futuros hábitats espaciales podrían intentar abordar estas cuestiones y podrían estar diseñados para ser ocupados más allá de las semanas o meses que suelen durar las misiones actuales. Las posibles soluciones incluyen la creación de gravedad artificial mediante una estructura rotatoria , la inclusión de protección contra la radiación y el desarrollo de ecosistemas agrícolas in situ. Algunos diseños podrían incluso albergar a un gran número de personas, convirtiéndose esencialmente en "ciudades en el espacio" donde la gente residiría de forma semipermanente. [58]

Los mohos que se desarrollan a bordo de las estaciones espaciales pueden producir ácidos que degradan el metal, el vidrio y el caucho. A pesar de la creciente variedad de métodos moleculares para detectar microorganismos, sigue siendo difícil encontrar medios rápidos y sólidos para evaluar la viabilidad diferencial de las células microbianas, en función del linaje filogenético. [59]

Fuerza

Al igual que las naves espaciales no tripuladas cercanas al Sol, las estaciones espaciales en el Sistema Solar interior generalmente dependen de paneles solares para obtener energía. [60]

Soporte vital

El aire y el agua de la estación espacial se transportan en naves espaciales desde la Tierra antes de reciclarse. Se puede suministrar oxígeno suplementario mediante un generador de oxígeno de combustible sólido . [61]

Comunicaciones

Militar

La última estación espacial de uso militar fue la soviética Salyut 5 , que se lanzó bajo el programa Almaz y orbitó entre 1976 y 1977. [62] [63] [64]

Ocupación

Las estaciones espaciales han albergado hasta ahora la única presencia humana directa de larga duración en el espacio. Después de la primera estación, Salyut 1 (1971), y su trágica tripulación Soyuz 11 , las estaciones espaciales han estado en funcionamiento consecutivamente desde Skylab (1973-1974), habiendo permitido una progresión de la presencia humana directa de larga duración en el espacio. A las tripulaciones residentes de larga duración se han sumado tripulaciones visitantes desde 1977 ( Salyut 6 ), y las estaciones han sido ocupadas por tripulaciones consecutivas desde 1987 con la sucesora de Salyut, la Mir . La ocupación ininterrumpida de estaciones se ha logrado desde la transición operativa de la Mir a la ISS , con su primera ocupación en 2000. La ISS ha albergado el mayor número de personas en órbita al mismo tiempo, llegando a 13 por primera vez durante el acoplamiento de once días de la STS-127 en 2009. [65]

El récord de duración de un solo vuelo espacial es de 437,75 días, establecido por Valeri Polyakov a bordo de la Mir entre 1994 y 1995. [66] En 2021 , cuatro cosmonautas han completado misiones individuales de más de un año, todas a bordo de la Mir .

Operaciones

Vehículos de reabastecimiento y de tripulación

Se utilizan muchas naves espaciales para acoplarse a las estaciones espaciales. El vuelo Soyuz T-15, de marzo a julio de 1986, fue la primera y, hasta 2016, la única nave espacial que visitó dos estaciones espaciales diferentes, Mir y Salyut 7. [ 67]

Estación Espacial Internacional

La Estación Espacial Internacional ha sido apoyada por muchas naves espaciales diferentes.

Estación espacial Tiangong

La estación espacial Tiangong está respaldada por las siguientes naves espaciales:

Programa Tiangong

El programa Tiangong se basó en la siguiente nave espacial.

Mir

La estación espacial Mir estuvo en órbita desde 1986 hasta 2001 y fue apoyada y visitada por las siguientes naves espaciales:

Laboratorio Sky

Programa Salyut

Atraque y amarre

Mantenimiento

Investigación

Las investigaciones realizadas en la Mir incluyeron el primer proyecto de investigación espacial a largo plazo de la ESA, EUROMIR  95, que duró 179  días e incluyó 35 experimentos científicos. [106]

Durante los primeros 20 años de funcionamiento de la Estación Espacial Internacional, se realizaron alrededor de 3.000 experimentos científicos en las áreas de biología y biotecnología, desarrollo tecnológico, actividades educativas, investigación humana, ciencias físicas y ciencias de la Tierra y el espacio. [107] [108]

Investigación de materiales

Las estaciones espaciales proporcionan una plataforma útil para probar el rendimiento, la estabilidad y la capacidad de supervivencia de los materiales en el espacio. Esta investigación es la continuación de experimentos anteriores como la Long Duration Exposure Facility , una plataforma experimental de vuelo libre que voló desde abril  de 1984 hasta enero  de 1990. [109] [110]

Investigación humana

Botánica

Turismo espacial

En la Estación Espacial Internacional , los huéspedes a veces pagan 50 millones de dólares para pasar una semana viviendo como astronautas . Más adelante, está previsto que el turismo espacial se expanda una vez que los costos de lanzamiento se reduzcan lo suficiente. Para fines de la década de 2020, los hoteles espaciales pueden volverse relativamente comunes. [ cita requerida ]

Finanzas

Como actualmente cuesta de media entre 10.000 y 25.000 dólares por kilogramo poner en órbita cualquier objeto, las estaciones espaciales siguen siendo competencia exclusiva de las agencias espaciales gubernamentales, que se financian principalmente con impuestos . En el caso de la Estación Espacial Internacional , el turismo espacial representa una pequeña parte del dinero para su funcionamiento.

Legado

Derivaciones tecnológicas

Cooperación internacional y economía

Impacto cultural

" The Brick Moon ", una serie de 1869 de Edward Everett Hale , fue la primera estación espacial o hábitat ficticio.
Los conceptos de estaciones espaciales y hábitats espaciales aparecen en la ciencia ficción . La diferencia entre ambos es que los hábitats son estructuras más grandes y complejas destinadas a ser hogares permanentes para poblaciones importantes (aunque las naves generacionales también encajan en esta descripción, normalmente no se las considera hábitats espaciales ya que se dirigen a un destino [115] ), pero la línea entre ambos es difusa y se superponen significativamente, y el término estación espacial se utiliza a veces para ambos conceptos. [116] [117] El primer satélite artificial de este tipo en la ficción fue " La luna de ladrillos " de Edward Everett Hale en 1869, [116] [118] una esfera de ladrillos de 61 metros de diámetro lanzada accidentalmente a la órbita alrededor de la Tierra con gente todavía a bordo. [115] [119]

Asentamiento espacial

Véase también

Referencias

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Bibliografía

Enlaces externos

Lectura adicional