El vehículo de retorno de tripulación ( CRV ), a veces denominado vehículo de retorno de tripulación asegurado ( ACRV ), fue un bote salvavidas o módulo de escape propuesto para la Estación Espacial Internacional (ISS). Se consideraron varios vehículos y diseños diferentes durante dos décadas (varios volaron como prototipos de prueba de desarrollo), pero ninguno llegó a funcionar. Desde la llegada de la primera tripulación permanente a la ISS en 2000, la capacidad de retorno de emergencia ha sido asumida por la nave espacial Soyuz y, más recientemente, por la Crew Dragon de SpaceX , cada una rotando cada 6 meses.
En el diseño original de la estación espacial, se pretendía hacer frente a las emergencias mediante la existencia de una "zona segura" en la estación a la que la tripulación pudiera evacuar, en espera de un rescate por parte de un transbordador espacial estadounidense . Sin embargo, el desastre del transbordador espacial Challenger en 1986 y la posterior inmovilización de la flota de transbordadores hicieron que los planificadores de la estación repensaran este concepto. [1] Los planificadores previeron la necesidad de un CRV para abordar tres escenarios específicos:
La ISS está equipada con un Centro 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 requerida ]
Varios estudios han intentado evaluar los riesgos médicos de la permanencia prolongada en una estación espacial, pero los resultados no son concluyentes, ya que faltan datos epidemiológicos. Sin embargo, se entiende que los períodos más largos en el espacio aumentan el riesgo de problemas graves. Las estimaciones más cercanas muestran una tasa de enfermedad/lesión de 1:3 por año, y se estima que el 1% requiere una evacuación de emergencia mediante un CRV. Para una tripulación de ocho personas en la ISS, esto se traduce en una necesidad prevista de un vuelo en CRV una vez cada 4 a 12 años. Estas estimaciones han sido parcialmente corroboradas por las 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 posible uso 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. La más importante de ellas 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 del paciente 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 el paciente pueda ser colocado en un traje espacial o minicápsula ambientalmente confinados, por lo tanto, el CRV debe tener la capacidad de proporcionar un entorno de "mangas de camisa" . La capacidad de abordar cuestiones de pureza del aire está incluida en este requisito, ya que la pureza del aire es especialmente crítica en situaciones de exposición médica y tóxica. [2]
El Dr. Wernher von Braun mencionó por primera vez el concepto de los 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 para la estación espacial:
El vehículo de rescate de tripulación HL-20 se basó en el concepto del sistema de lanzamiento de personal (PLS) que estaba desarrollando la NASA como resultado de una investigación anterior sobre cuerpos sustentadores . En octubre de 1989, Rockwell International (División de sistemas espaciales) comenzó 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 del PLS con el concepto HL-20 como base para el estudio. En octubre de 1991, la Lockheed Advanced Development Company (mejor conocida como Skunk Works ) comenzó 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 PLS HL-20 para una mayor investigación de factores humanos sobre este concepto. [1] [6] De todas las opciones, un cuerpo sustentador presenta el entorno médico más ideal en términos de entorno controlado, así como de baja carga g durante el reingreso y el aterrizaje. [2] Sin embargo, el costo del proyecto HL-20 fue de 2.000 millones de dólares, y el Congreso eliminó el programa del presupuesto de la NASA en 1990. [1]
Como parte de sus estudios de amplio alcance sobre posibles programas de vuelos espaciales humanos, la Agencia Espacial Europea (ESA) inició en octubre de 1992 un estudio ACRV de primera fase de seis meses de duración. 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 la ESA, valorado en 1.700 millones de dólares, fue cancelado en 1995, aunque las protestas francesas dieron lugar a un contrato de dos años para realizar más estudios, lo que condujo a una cápsula de demostración de reingreso atmosférico de menor escala , que voló en 1997. [7] [11] La ESA, en cambio, 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 la posibilidad de incluir elementos rusos. El diseño se revisó ese verano, lo que dio como resultado la Estación Espacial Alpha (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 fines de CRV ahorraría a la NASA 500 millones de dólares estadounidenses sobre el 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, de modo 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 de la ISS, el nombre de Crew Return Vehicle también hace referencia a un programa de diseño específico iniciado por la NASA y al que se unió la ESA. El concepto era producir un avión espacial que se dedicara únicamente al papel de CRV. Como tal, debía tener tres misiones específicas: regreso médico, regreso de la tripulación en caso de que la ISS se volviera inhabitable y regreso de la tripulación si la ISS no pudiera reabastecerse. [14]
Como continuación del programa HL-20, la intención de la NASA era aplicar al programa el concepto del administrador Dan Goldin de "mejor, más rápido, más barato". [15] El concepto de diseño del CRV incorporaba tres elementos principales: el vehículo de reentrada con cuerpo sustentador, el módulo de atraque/acoplamiento internacional y la etapa de propulsión de desorbitación. El vehículo debía estar diseñado para acomodar hasta siete miembros de la tripulación en un entorno de mangas de camisa. Debido a la necesidad de poder operar con miembros de la tripulación incapacitados, las operaciones de vuelo y aterrizaje se debían realizar de forma autónoma. [14] El diseño del CRV no tenía un sistema de propulsión de maniobra espacial. [16]
La NASA y la ESA acordaron que el CRV estaría diseñado para ser lanzado sobre 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/acoplamiento se entregarían a la ISS mediante el transbordador espacial, y cada uno permanecería acoplado durante tres años. [14]
Según la misión que se estuviera llevando a cabo, la duración máxima de la misión estaba prevista para un máximo de nueve horas. Si la misión estaba relacionada con un regreso médico de emergencia, la duración de la misión podría reducirse a tres horas, si se lograba una secuencia óptima entre la salida de la ISS y el encendido de desorbitación/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 sólo 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 cúbicos (11,8 m3 ) . El peso máximo de aterrizaje debía ser de 22.046 libras (10.000 kg). El sistema de aterrizaje autónomo debía colocar el vehículo en el suelo a 3.000 pies (0,9 km) de su objetivo previsto. [14]
La etapa de propulsión de desorbitación fue diseñada por Aerojet GenCorp bajo contrato con el Centro Marshall de Vuelos Espaciales . El módulo se uniría a la popa de la nave espacial en seis puntos, y tiene 15,5 pies (4,72 m) de largo y 6 pies (1,83 m) de ancho. Completamente cargado de combustible, el módulo pesaría alrededor de 6.000 libras (2721,5 kg). El módulo fue diseñado con ocho motores de cohete de 100 libras de empuje (0,44 kN) alimentados por hidracina , que arderían durante diez minutos para desorbitar el CRV. Ocho propulsores de control de reacción controlarían entonces la actitud de la nave durante la desorbitación. Una vez que se completara la combustión, el módulo se desecharía y quemaría la mayor parte de su masa al reingresar a 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 una pantalla visual tridimensional en tiempo real a los ocupantes, independientemente de las condiciones climáticas, de día o de noche. [18]
Para desarrollar el diseño y las tecnologías para el CRV operacional a una fracción del costo de otros vehículos espaciales, la NASA lanzó un programa para desarrollar una serie de vehículos de bajo costo y prototipos rápidos que fueron designados como Demostradores de Tecnología Avanzada X-38 . [19] Como se describe en el Boletín EAS 101 , el programa X-38 "es un programa de demostración de tecnología de múltiples aplicaciones y mitigación de riesgos, que encuentra su primera aplicación como pionero para el Vehículo de Retorno de Tripulación (CRV) operacional para la Estación Espacial Internacional (ISS)". [14] [20]
La NASA actuó como contratista principal para el programa X-38, y el Centro Espacial Johnson tomó la iniciativa. Todos los aspectos de la construcción y el desarrollo se gestionaron internamente, aunque se contrataron tareas específicas. [20] Para el CRV de producción, la NASA tenía la intención de seleccionar un contratista principal externo para construir la nave. [21]
Se habían planeado cuatro vehículos de prueba, pero solo se construyeron dos, ambos vehículos de prueba atmosféricos. Los fuselajes, que se construyeron 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 sistema de aterrizaje con paracaídas único diseñado por Pioneer Aerospace. El paracaídas inflado por aire comprimido utilizado en el programa de pruebas de vuelo fue el más grande del mundo, con una superficie de 700 m2 (7500 pies cuadrados ) . El paracaídas estaba controlado activamente por un sistema de guía a bordo que se basaba en la navegación GPS. [22]
Los planes de la NASA para el programa de desarrollo no incluían una prueba operativa del CRV real, que habría implicado lanzarlo a la ISS, permanecer acoplado allí durante hasta tres meses y luego realizar un regreso "vacío" a la Tierra. En cambio, la NASA había planeado "evaluar 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 inquietudes sobre la sensatez y la seguridad de este plan. [21]
El método de desarrollo de prototipos rápidos, a diferencia del enfoque de diseño secuencial, desarrollo, prueba y evaluación de ingeniería, también planteó algunas preocupaciones sobre el riesgo del programa. [20]
En 1999, la NASA estimó que el costo del programa X-38 sería de 96 millones de dólares (fondos de Proyectos Avanzados de Vuelos Espaciales) y el del programa CRV 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 de los costos se pagó con fondos de la ISS. [20] Parte del aumento de los costos 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 directamente el programa CRV, sino permitir que los gobiernos participantes lo financiaran individualmente, a partir de 1999. [16] Bélgica, Francia, Alemania, los Países Bajos, Italia, España, Suecia y Suiza indicaron que harían contribuciones sustanciales. [14]
La financiación estadounidense para el CRV de la NASA/ESA nunca fue una cuestión resuelta. En el proyecto de ley de financiación del año fiscal 2002, el Congreso recomendó una cantidad de financiación de 275 millones de dólares, pero dejó en claro que era condicional:
El Comité no prevé proporcionar fondos adicionales para este fin a menos que quede claro que la Administración y los socios internacionales están comprometidos con la Estación Espacial Internacional como centro de investigación. Por esta razón, el texto incluido en el proyecto de ley rescindiría los 275.000.000 de dólares a menos que la Administración solicite al menos 200.000.000 de dólares para el vehículo de retorno 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 por parte de la Administración de la misión de la ISS:
El 1 de marzo de 2002, el Presidente presentará a los Comités de Asignaciones Presupuestarias de la Cámara de Representantes y del 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. segundo, un esquema detallado de los esfuerzos que se están realizando para proporcionar instalaciones habitables para una tripulación de tiempo completo de no menos de seis personas... tercero, los costos previstos del programa de vehículos de retorno de la tripulación para el 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 intención de proporcionar fondos adicionales ni aprobar la liberación de ninguno de los 275.000.000 de dólares 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 las presiones presupuestarias asociadas con otros elementos de la ISS. [25] La agencia se había enfrentado a un déficit de 4 mil millones de dólares, por lo que rediseñó radicalmente el alcance de la ISS, llamando a la nueva versión US Core Complete . Esta estación a menor escala no incluía el CRV basado en el 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 ley 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 gastar hasta 40 millones de dólares para mantener vivo el programa X-38. [26]
La cancelación del CRV generó su propia controversia, y el congresista Ralph Hall (demócrata de Texas) criticó a la NASA en una carta abierta [27] en la 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 de Transporte Espacial Integrado (ISTP) de la NASA, que reestructuró la Iniciativa de Lanzamiento Espacial (SLI), en 2002 el foco se trasladó al desarrollo del Avión Espacial Orbital (OSP) (al principio denominado Vehículo de Transferencia de Tripulación o CTV), [29] que serviría tanto como transporte de tripulación como CRV. En la reestructuración, se cambiaron las prioridades del programa, como declaró la NASA: "Las necesidades de la NASA de transportar a la tripulación estadounidense hacia y desde la Estación Espacial son una necesidad imperiosa de transporte espacial y deben abordarse como una prioridad de la agencia. Es responsabilidad de la NASA garantizar que esté disponible una capacidad para el regreso de emergencia de la tripulación a la ISS. El diseño y desarrollo de una arquitectura de vehículo evolutiva y flexible 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 la SLI". [29]
Un estudio sobre vehículos de transferencia de tripulación y 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 de tripulación como de retorno de tripulación a la Estación Espacial es viable y podría proporcionar el mayor beneficio a largo plazo para la inversión de la NASA. Una de las misiones clave para el OSP, según lo definido por 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 sea posible, pero no más tarde de 2010". Como parte del programa de evaluación de vuelo que debía explorar y validar las 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, el OSP recibió fuertes críticas del Congreso por ser demasiado limitado en su misión ("...la principal deficiencia del OSP es que, tal como está concebido actualmente, no conduce a ninguna parte más allá de la estación espacial") [31] y por costar entre 3.000 y 5.000 millones de dólares.
Luego, en 2004, el enfoque de la NASA cambió nuevamente, del OSP al Vehículo de Exploración Tripulada (CEV), y el proyecto X-37 fue transferido a DARPA , donde se continuaron algunos aspectos del desarrollo de la tecnología, pero solo como un vehículo de prueba atmosférico. [32]
Con la cancelación de la OSP, la cápsula Apollo fue nuevamente estudiada para su uso como CRV, esta vez por la NASA en marzo de 2003. En el estudio inicial del concepto, "el equipo concluyó por unanimidad que un concepto de vehículo de retorno de tripulación (CRV) derivado de Apollo, con una tripulación de 4 a 6 personas, parece tener el potencial de cumplir con la mayoría de los requisitos de nivel 1 de CRV de OSP. Un vehículo de transporte de tripulación (CTV) derivado de Apollo también parecería ser capaz de cumplir con la mayoría de los requisitos de nivel 1 de CTV de OSP con la adición de un módulo de servicio. El equipo también supuso que habría una opción para considerar el concepto CSM de Apollo para un sistema CRV/CTV común. Se concluyó además que el uso del módulo de comando (CM) y el módulo de servicio (SM) de Apollo como CRV y CTV de la ISS tiene mérito suficiente para justificar un estudio detallado serio del rendimiento, el costo y el cronograma para este enfoque, en comparación con otros enfoques de OSP, para 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 Apolo es bien conocido y ha demostrado ser un sistema robusto y de gran éxito con un sistema de aborto de lanzamiento muy capaz. La documentación sería muy útil para guiar a los diseñadores. Por otro lado, casi todos los sistemas tendrían que ser rediseñados, incluso si se tuvieran que replicar. Ninguno de los equipos existentes (como los CM en los museos) se pensaba que fuera utilizable, debido a su antigüedad, obsolescencia, falta de trazabilidad e inmersión en agua. No habría necesidad de pilas de combustible ni criogenia, y la guía y las comunicaciones modernas serían más ligeras y menos costosas. Aunque el equipo de vuelo sería menos costoso y su impacto en los vehículos de lanzamiento desechables sería mínimo (es simplemente otra carga útil axisimétrica), los lugares 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), el rango orbital transversal de 3000 a 5000 pies/s "Se podría ganar una velocidad de 1.500 m/s y reducir radicalmente el número de lugares de aterrizaje. Si se pueden añadir aterrizajes terrestres al sistema de forma segura, se obtendría 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 se encuentran en un rango moderado (2,5 a 3,5 g ). Sin embargo, desde una perspectiva médica, la cápsula tipo Apolo presenta varias desventajas. La cápsula Apolo tendría una presión atmosférica interna de funcionamiento de solo 5 PSI, en comparación con los 14,5 PSI de la estación. Además, un aterrizaje en el agua con poca antelación presenta algunos retrasos significativos 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 las cápsulas Soyuz sería una necesidad a largo plazo. Para hacerlas 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 principales modificaciones involucran el diseño interior, con asientos nuevos y mejorados para acomodar los estándares antropométricos de los astronautas estadounidenses más grandes. [36] Se realizó una serie de lanzamientos de prueba de la cápsula mejorada en 1998 y 1999 desde un avión de carga Ilyushin Il-76 para validar las capacidades de aterrizaje de la TMA. [37]
La cápsula Soyuz-TMA siempre estuvo acoplada a la ISS en modo "de espera" para casos de emergencia. En esta configuración, la TMA tenía una vida útil de unos 200 días antes de tener que ser rotada, 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 de la TMA a la ISS tuvo lugar el 29 de octubre de 2002 con el vuelo de la Soyuz TMA-1. [39]
Como la TMA estaba limitada a tres ocupantes, la ISS también estaba restringida 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-hombre por semana, mucho menos de lo que se anticipó cuando se diseñó la estación. [40] Con la Expedición 20 en mayo de 2009, el tamaño de la tripulación de la ISS se incrementó de 3 a 6 personas con las dos naves espaciales Soyuz acopladas simultáneamente.
La Soyuz TMA fue reemplazada por la Soyuz TMA-M entre 2010 y 2012, y posteriormente por la Soyuz MS en 2016.
En 2008, la NASA comenzó a administrar un programa (CCDev) para financiar el desarrollo de tecnologías de transporte de tripulación comercial. El programa financió licitaciones para desarrollar tecnologías específicas y otorgó premios cuando se lograron hitos. La primera ronda de beneficiarios 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 fines de 2010 para una segunda ronda de financiación incluyeron a Orbital Sciences Corporation por su avión espacial Prometheus y a SpaceX por desarrollar un sistema de aborto de lanzamiento para su nave espacial Dragon .
{{cite web}}: CS1 maint: 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 un deseo de presentar el desarrollo del CTV de una manera más favorable.