Starship HLS (Human Landing System) es una variante de la nave espacial Starship que se utiliza para aterrizar en la Luna y trasladar astronautas desde una órbita lunar a la superficie de la Luna y viceversa. SpaceX la está diseñando y construyendo en virtud del contrato Human Landing System con la NASA como un elemento fundamental del programa Artemis de la NASA para aterrizar una tripulación en la Luna.
El plan de la misión requiere un vehículo de lanzamiento Starship para lanzar un Starship HLS a la órbita terrestre , donde será reabastecido por varias naves espaciales cisterna Starship antes de impulsarse a una órbita de halo casi rectilínea lunar (NRHO). Allí, se reunirá con una nave espacial tripulada Orion que será lanzada desde la Tierra por un lanzador del Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) de la NASA. Una tripulación de dos astronautas se trasladará de Orion a HLS, que luego descenderá a la superficie lunar para una estadía de aproximadamente 7 días, incluidas al menos cinco EVA . Luego, regresará a la tripulación a Orion en NRHO.
En la tercera fase de su proceso de adquisición de HLS, la NASA adjudicó a SpaceX un contrato en abril de 2021 para desarrollar, producir y demostrar Starship HLS. Se planea un vuelo de prueba sin tripulación para 2025 para demostrar un aterrizaje exitoso en la Luna. Después de esa prueba, se espera que se realice un vuelo tripulado como parte de la misión Artemis III , no antes de septiembre de 2026. [2] La NASA luego contrató una versión mejorada de Starship HLS para ser utilizada en la misión Artemis IV . [3]
La propia Starship ha estado en desarrollo con financiación privada por parte de SpaceX desde mediados de la década de 2010, pero el desarrollo de la variante HLS está siendo financiado por los contratos del Sistema de Aterrizaje Humano de la NASA. [4]
Starship HLS es una variante de la nave espacial Starship de SpaceX optimizada para operar en la Luna y sus alrededores. [5] A diferencia de la nave espacial Starship estándar, Starship HLS nunca volverá a entrar en una atmósfera, por lo que no tiene un escudo térmico ni superficies de control de vuelo . [5] Esto reduce su masa, [5] así como la cantidad de lanzamientos de cisternas Starship necesarios para reabastecerse. [5] A diferencia de los diseños anteriores de HLS que proponían múltiples etapas, toda la nave espacial funciona como etapa de ascenso y descenso. Al igual que otras variantes de Starship, Starship HLS tiene seis motores Raptor montados en la cola, que se utilizan durante el lanzamiento y la mayor parte del aterrizaje y ascenso. [5]
Cuando se encuentre a menos de 100 metros de la superficie lunar, la variante utilizará propulsores RCS de alto empuje ubicados en la mitad del cuerpo para evitar el impacto de la columna con el regolito lunar , [6] aunque estos propulsores pueden no ser necesarios. [7] Los propulsores queman oxígeno gaseoso y metano en lugar del oxígeno líquido y metano utilizados por los Raptors. [6] [8] : 50:30 La energía eléctrica es suministrada por una banda de paneles solares alrededor de la circunferencia del vehículo. [9] [10] HLS tiene la capacidad de permanecer en órbita lunar durante 100 días. [9]
Según la NASA, minimizar los cambios en la configuración del vehículo y hacer que el diseño y desarrollo de Starship HLS sea lo más común posible beneficiará las futuras construcciones de Starship HLS al eliminar la necesidad de pruebas, evaluaciones y verificaciones adicionales de diferentes diseños de vehículos. [5] La NASA agregó que esto también permitirá a SpaceX acelerar las construcciones de vehículos para ayudar a garantizar la disponibilidad y la entrega a tiempo para la integración de la misión. [5]
En abril de 2024, la NASA informó que se estaba trabajando en la variante específica de carga del módulo de aterrizaje. La NASA espera que esta variante esté lista y en servicio para Artemis VII. [11] La NASA se referirá a la variante de carga como Human-class Delivery Landers (HDL) y representará, a partir de junio de 2024, los módulos de aterrizaje de mayor capacidad disponibles para la NASA en el marco del actual impulso de exploración lunar. [12]
Antes del lanzamiento del vehículo HLS desde la Tierra, se lanzaría a una órbita terrestre una Starship configurada como depósito de propulsor y luego se llenaría parcial o totalmente con entre cuatro y catorce vuelos cisterna de Starship que transportarían propulsor. [13] Como tal, esta nave espacial se utilizará junto con el propulsor Starship (llamado Super Heavy ) y dos variantes adicionales de la nave espacial Starship, "tanker" y "depot", que ya estaban planificadas antes del contrato HLS de la NASA. [14]
Musk dijo en 2021 que se necesitarían entre "cuatro y ocho" lanzamientos de aviones cisterna. [15] El mismo año, la Oficina de Responsabilidad Gubernamental dijo que SpaceX "requeriría 16 lanzamientos en total", [16] y en 2023, un funcionario de la NASA estimó que el número de lanzamientos de Starship necesarios para un aterrizaje lunar sería "de unos 15". [16] En 2024, el vicepresidente de operaciones de clientes de SpaceX estimó que el número de lanzamientos de aviones cisterna sería "de unos 10", aunque este número está sujeto a cambios. [17] Los lanzamientos deberán realizarse en rápida sucesión para mantener las restricciones del cronograma y limitar la pérdida de propulsores criogénicos líquidos debido a la ebullición. [18]
Luego, el vehículo Starship HLS se lanzaría y se reuniría con el depósito de combustible ya cargado y se recargaría antes de transitar desde la órbita terrestre a la órbita lunar. [19]
Una vez que HLS esté en una órbita de halo casi rectilínea alrededor de la luna, una nave espacial Orion sería lanzada por un cohete del Sistema de Lanzamiento Espacial y se acoplaría con el módulo de aterrizaje Starship HLS que lo espera. [19] [20] : 4, 5 o la estación espacial lunar Gateway de la NASA , para tomar pasajeros antes de descender a la superficie lunar y regresarlos después del ascenso. [20] Después de que dos a cuatro de los tripulantes se hubieran transferido al HLS, partiría y descendería a la superficie lunar. [20] : 4, 5 Después de las operaciones en la superficie lunar, Starship HLS despegará de la Luna y regresará a la órbita lunar para encontrarse con Orion. [20] : 4, 5 Luego, la tripulación se transfiere de regreso a Orion y parte hacia la Tierra. Aunque aún no está confirmado, Starship HLS podría, en teoría, reabastecerse de combustible en órbita para transportar más tripulaciones y carga a la superficie. [21] [22]
La NASA originalmente planeó usar la nave espacial Orión y el Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) para aterrizar astronautas en la Luna. El diseño de la cápsula Orión es heredado del programa Constelación , un programa lunar tripulado extinto de la década de 2000. [23] El SLS es un lanzador desarrollado como reemplazo del transbordador espacial después de su retiro y para salvar trabajos relacionados con el transbordador que de otra manera se habrían perdido. [24] [25] El SLS no puede lanzar Orión a una órbita lunar baja como lo hizo el Saturno V durante el programa Apolo . [26]
El SLS puede lanzar Orión más cerca de la Luna en una órbita de halo casi rectilínea (NRHO), una órbita elíptica que se aproxima a la Luna. [27] La estación Lunar Gateway planificada por la NASA también está programada para permanecer en esa órbita para que Orión pueda operar. [28] Descender a la Luna desde NRHO requiere considerablemente más energía que desde una órbita lunar baja [26] y solo permite un descenso una vez cada 6,5 días. [29]
Para abordar estos desafíos, la NASA emitió una solicitud para un Sistema de Aterrizaje Humano (HLS). [26] El HLS debería poder viajar desde la Tierra hasta NRHO, donde se encuentra con Orión, aterrizar en la Luna y regresar a NRHO, donde se encuentra nuevamente con Orión. [30]
SpaceX tenía en su plan desarrollar un gran vehículo interplanetario desde la década del 2000 para cumplir su objetivo de colonizar Marte . [31] En respuesta a la solicitud de la NASA de un Sistema de Aterrizaje Humano, SpaceX adaptó el diseño de su vehículo Starship en una variante adecuada para llevar a cabo la misión de la NASA de aterrizar dos astronautas en la Luna desde NRHO: el Starship HLS. [32]
La nave espacial HLS seguirá el mismo camino que Musk quiere seguir hacia Marte. Primero, SpaceX lanzará una Starship modificada para que sirva como depósito de combustible.
El trabajo de diseño contratado inicial comenzó en mayo de 2020, y la selección y financiación para el desarrollo completo se produjo en abril de 2021, cuando la NASA seleccionó a Starship HLS para aterrizar "la primera mujer y el próximo hombre" en la Luna para la misión Artemisa III . [4]
En 2021, la NASA firmó un contrato de precio fijo con SpaceX por valor de 2.890 millones de dólares. El contrato implica el desarrollo y la fabricación de Starship HLS, [4] así como la ejecución de dos vuelos: una misión de demostración sin tripulación y un aterrizaje lunar tripulado. [33] [19]
La nave espacial HLS se hizo pública por primera vez cuando la NASA la seleccionó inicialmente en abril de 2020 para un estudio de diseño como parte de su programa Artemis , que tiene como objetivo llevar humanos a la Luna. SpaceX fue uno de los tres equipos seleccionados para desarrollar diseños de módulos de aterrizaje lunares en competencia para el programa Artemis durante un período de un año [34] a partir de mayo de 2020. [34]
Los otros módulos de aterrizaje considerados fueron Dynetics HLS , propuesto por el fabricante aeroespacial Dynetics , y el Integrated Lander Vehicle , propuesto por un equipo dirigido por Blue Origin . [21] La NASA tenía la intención de seleccionar y financiar posteriormente como máximo dos de estos módulos de aterrizaje para seguir realizando vuelos de demostración iniciales. [35] [22]
El 16 de abril de 2021, la NASA seleccionó solo Starship HLS para el desarrollo de un módulo de aterrizaje lunar tripulado [4] más dos vuelos de demostración lunar, uno sin tripulación y otro con tripulación, no antes de 2024. El contrato está valorado en 2.890 millones de dólares estadounidenses a lo largo de varios años. [33] [19] Dos astronautas de la NASA Artemis aterrizarán en el primer aterrizaje tripulado de Starship HLS. [36] La NASA había declarado anteriormente que prefería financiar el desarrollo de múltiples propuestas de sistemas de aterrizaje humano con capacidades diferentes; sin embargo, "solo se seleccionó un diseño para una demostración inicial sin tripulación y el primer aterrizaje tripulado, debido a importantes limitaciones presupuestarias" para el programa del sistema de aterrizaje humano impuesto por el Congreso de los Estados Unidos . [19] La NASA declaró que las propuestas no seleccionadas (Dynetics HLS y Blue Origin Integrated Lander Vehicle ), así como los módulos de aterrizaje de otras empresas, serían elegibles para contratos de aterrizaje lunar posteriores. [19]
El 26 de abril de 2021, Blue Origin y Dynetics protestaron por separado la adjudicación a SpaceX en la Oficina de Responsabilidad Gubernamental (GAO) de Estados Unidos. [37] El 30 de julio de 2021, la GAO rechazó las protestas y determinó que "la NASA no violó la ley de adquisiciones" al adjudicar el contrato a SpaceX, que ofreció una capacidad de aterrizaje lunar humana y de carga mucho menor y más capaz para el Artemis de la NASA. [37] [38] Poco después de que la GAO rechazara la apelación, la NASA realizó el pago inicial del contrato de 300 millones de dólares a SpaceX. [39] La acción de protesta retrasó a la NASA en la autorización de los trabajos del contrato y, por lo tanto, retrasó el inicio de los trabajos de SpaceX durante 95 días. [40] Blue Origin produjo carteles infográficos que resaltan la complejidad de Starship HLS, por ejemplo, el hecho de que nunca se haya demostrado el reabastecimiento en órbita con combustibles criogénicos como el que utiliza Starship HLS, al tiempo que afirma que su diseño utiliza "tecnología probada". [41]
El 13 de agosto de 2021, [42] Blue Origin presentó una demanda en el Tribunal de Reclamaciones Federales de Estados Unidos impugnando la "evaluación ilegal e indebida de las propuestas por parte de la NASA". [40] [43] Blue Origin solicitó al tribunal una orden judicial para detener el gasto adicional de la NASA en el contrato existente con SpaceX, [44] y la NASA detuvo el trabajo en el contrato el 19 de agosto, después de que a SpaceX se le permitiera trabajar en las partes específicas de la NASA de Starship HLS durante solo tres semanas, ya que el trabajo se había detenido previamente en abril. [42] Las reacciones a la demanda fueron negativas, y muchos criticaron a Blue Origin por causar retrasos innecesarios al programa Artemis. [45] [46] [47]
El 4 de noviembre de 2021, el tribunal concedió la moción del gobierno federal de desestimar el caso, [48] [49] [50] y la NASA anunció que reanudaría el trabajo con SpaceX lo antes posible. [51]
El 23 de marzo de 2022, la NASA anunció que ejercería una opción bajo el contrato inicial de SpaceX HLS, conocida como Opción B, que permitiría que un diseño de Starship HLS de segunda generación realice una misión de demostración después de Artemis III. [52]
El 15 de noviembre de 2022, la NASA anunció la concesión de la Opción B por 1.150 millones de dólares y anunció que este aterrizaje tripulado se producirá como parte de Artemis IV . [3] El vuelo incluirá el acoplamiento con la Lunar Gateway . [3] El HLS de la Opción B cumplirá con los requisitos de la NASA para un HLS "sostenible". Estos incluyen la capacidad de soportar cuatro miembros de la tripulación y entregar más masa a la superficie. [3]
Después de que la NASA le otorgara el contrato de la Opción A a SpaceX, el Congreso ordenó a la NASA que otorgara un segundo contrato HLS. La NASA respondió creando el "Apéndice P" para un HLS sostenible que no fuera de SpaceX. Este módulo de aterrizaje se utilizará para Artemis V como su vuelo de demostración tripulado. En mayo de 2023, la NASA le otorgó a Blue Origin 3.4 mil millones de dólares para desarrollar su módulo de aterrizaje lunar Blue Moon . [53] [54] La NASA tiene la intención de permitir que la opción B de Starship HLS y el módulo de aterrizaje Blue Moon compitan por las misiones Artemis después de Artemis V.
En 2021, la Oficina del Inspector General (OIG) de la NASA advirtió que el cronograma de desarrollo del HLS no era realista en comparación con otros programas importantes de vuelos espaciales de la NASA. [20] : 14–15 Afirmando que los programas de vuelos espaciales en los 15 años anteriores habían tardado en promedio 8,5 años desde la adjudicación del contrato hasta el primer vuelo operativo, mientras que el Programa HLS estaba intentando hacerlo en aproximadamente la mitad de ese tiempo. [20] : 14–15 Por el contrario, la OIG de la NASA señaló que el módulo de aterrizaje lunar Apollo tardó aproximadamente 6 años desde la adjudicación del contrato hasta su lanzamiento en la misión Apollo 11 mientras recibía "niveles de financiación sustancialmente más altos" ajustados por inflación. [20] : 14 Con base en la fecha de adjudicación del contrato del período base del HLS (mayo de 2020) y el retraso promedio de los principales programas de vuelos espaciales recientes de la NASA, estimaron que el Programa HLS podría enfrentar hasta 3,4 años de retrasos antes de los vuelos operativos. [20] : 16
En junio de 2023, el jefe de desarrollo de sistemas de exploración de la NASA, Jim Free, dijo que la revisión crítica del diseño de Starship HLS, requerida antes de que se pudieran liberar más fondos del contrato a SpaceX, se había retrasado hasta que SpaceX complete una misión de demostración de reabastecimiento de combustible en órbita. [55] El jefe de la estrategia de exploración de la Luna y Marte de la NASA dijo que el retraso de Artemis III de 2025 a 2026 se debió en parte a "desafíos de desarrollo" con sus contratistas (SpaceX y Lockheed Martin). [56]
En noviembre de 2023, la Oficina de Responsabilidad Gubernamental de los Estados Unidos, en su informe al Congreso, describió varios desafíos que enfrentaba el programa Artemis en desarrollo. [57] Señalaron que a septiembre de 2023, el programa HLS [de la NASA] había retrasado 8 de los 13 eventos clave por al menos 6 meses, [57] y 2 eventos se retrasaron hasta el año del lanzamiento (2025 en ese momento). [57] La GAO también identificó el desarrollo del motor Raptor como un "riesgo máximo" para el programa y su cronograma de 2025, aunque SpaceX consideró que la tecnología detrás del motor Raptor estaba relativamente madura. [57] La GAO señaló que SpaceX había logrado un progreso limitado en la maduración de las tecnologías necesarias para el reabastecimiento de combustible en órbita y el almacenamiento de propulsor criogénico . [57] La GAO concluyó en su informe al Congreso que es poco probable que el aterrizaje lunar tripulado de Artemis III ocurra en 2025, y que es más probable una fecha de lanzamiento a principios de 2027. [57] [58]
Los astronautas de la NASA probaron el concepto de ascensor (transferencia de tripulación entre la cabina de Starship HLS y la superficie lunar) en diciembre de 2023. [59]
En enero de 2024, la NASA y SpaceX dijeron que se esperaba que la prueba de aterrizaje y ascenso lunar sin tripulación de Starship HLS tuviera lugar en 2025, y que Artemis III se retrasaría hasta no antes de septiembre de 2026. [2] El retraso se debió en parte a problemas con el escudo térmico de Orión durante Artemis I. [ 60]
En febrero de 2024, SpaceX había probado completamente el sistema de soporte vital, [61] y la NASA realizó una prueba a gran escala del sistema de transferencia de acoplamiento de Starship HLS a Orion (y más tarde Gateway). [62] El mismo mes, la NASA dijo que SpaceX había logrado más de 30 hitos específicos de HLS al definir y probar el hardware necesario para la generación de energía, las comunicaciones, la guía y la navegación, la propulsión, el soporte vital y la protección de los entornos espaciales. [63]
El 14 de marzo de 2024, SpaceX probó con éxito la transferencia de combustible criogénico en la Prueba de Vuelo Integrada 3. [ 64] En abril de 2024, la NASA informó que se estaba trabajando en la variante específica de carga del módulo de aterrizaje. La NASA espera que esta variante esté lista y en servicio para Artemis VII. [65]
En una reunión del Subcomité de Ciencia del Espacio y la Aeronáutica de la Cámara de Representantes de los Estados Unidos el 10 de septiembre de 2024, Brian Babin y Haley Stevens expresaron su preocupación por el hecho de que el ritmo de procesamiento de las licencias bajo las regulaciones de lanzamiento comercial y reingreso Parte 450 de la FAA podría afectar el programa Artemis, ya que los módulos de aterrizaje HLS de Blue Origin y SpaceX se lanzarán utilizando licencias comerciales. [66] Después de un retraso adicional de dos meses por parte de la FAA de la prueba de vuelo 5 de Starship , SpaceX dijo que el papeleo gubernamental le impidió volar Starship rápidamente para cumplir con los compromisos con el programa Artemis. [67]
... para el descenso terminal de Starship, unas pocas decenas de metros antes de que aterricemos en la superficie lunar, en realidad usamos un sistema RCS de alto empuje, de modo que no impactemos en la superficie de la Luna con los motores Raptor de alto empuje. ... usa los mismos propulsores de metano y oxígeno que Raptor.
Este artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .42 USC 18322. SEC. 302 SISTEMA DE LANZAMIENTO ESPACIAL COMO VEHÍCULO DE LANZAMIENTO DE SEGUIMIENTO DEL TRANSBORDADOR ESPACIAL [...] (c) REQUISITOS MÍNIMOS DE CAPACIDAD (1) EN GENERAL – El Sistema de Lanzamiento Espacial desarrollado de conformidad con la subsección (b) deberá estar diseñado para tener, como mínimo, lo siguiente: (A) La capacidad inicial de los elementos centrales, sin una etapa superior, de elevar cargas útiles que pesen entre 70 y 100 toneladas a la órbita terrestre baja en preparación para el tránsito para misiones más allá de la órbita terrestre baja [...] (2) FLEXIBILIDAD [...]
(Fecha límite)
El trabajo de desarrollo y las pruebas de los elementos centrales y la etapa superior deben proceder en paralelo, sujeto a las asignaciones. Se debe dar prioridad a los elementos centrales con el objetivo de que la capacidad operativa de los elementos centrales no sea más tarde del 31 de diciembre de 2016 [...] 42 USC 18323. SEC. 303 VEHÍCULO TRIPULADO MULTIUSOS (a) INICIO DEL DESARROLLO (1) EN GENERAL – El Administrador continuará el desarrollo de un vehículo tripulado multiusos que esté disponible tan pronto como sea posible, y a más tardar para su uso con el Sistema de Lanzamiento Espacial [...] (2) OBJETIVO DE CAPACIDAD OPERACIONAL. El objetivo será lograr la capacidad operativa total del vehículo de transporte desarrollado de conformidad con esta subsección a más tardar el 31 de diciembre de 2016. Para cumplir con dicho objetivo, el Administrador podrá realizar una prueba del vehículo de transporte en la ISS antes de esa fecha.
La protesta impidió que SpaceX iniciara su contrato durante 95 días mientras la GAO juzgaba el caso.
