Misiones Artemis
Aterrizar humanos en la Luna en 2024
La base para nuestro regreso a la Luna es el sistema de transporte espacial profundo de la NASA: la nave espacial Orion, el cohete SLS, el HLS y las instalaciones EGS que incluyen un puerto espacial modernizado. La nave espacial Orion, propulsada por un módulo de servicio proporcionado por la ESA (la Agencia Espacial Europea), ha sido diseñada específicamente para operaciones humanas en el espacio profundo para hasta cuatro tripulantes. El cohete SLS es el cohete de carga pesada apto para humanos diseñado para lanzar Orion y enviarlo en misiones a la Luna. El próximo año, la ciencia y la tecnología liderarán nuestro regreso a la Luna cuando veamos las primeras cargas útiles entregadas a la superficie lunar a bordo de los módulos de aterrizaje del proveedor CLPS y 13 CubeSats desplegados desde el SLS durante Artemis I, cinco de los cuales devolverán datos lunares. La exploración humana bajo el programa Artemis comenzará con la prueba de vuelo tripulado de SLS y Orion en Artemis II en 2023. En este mismo período de tiempo, la NASA y sus socios comerciales HLS también planean realizar pruebas de vuelo en el espacio del sistema de aterrizaje, que incluyen pruebas potenciales a la superficie lunar. El objetivo de la NASA es realizar pruebas en el espacio de cada posible hardware, software y sistema operativo requerido para Artemis III antes de la misión en 2024.
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| El cohete del Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) de la NASA con la nave espacial Orion a bordo se ve encima de un lanzador móvil en Launch Pad 39B mientras continúan los preparativos para el lanzamiento, el miércoles 31 de agosto de 2022, en el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida. La prueba de vuelo Artemis I de la NASA es la primera prueba integrada de los sistemas de exploración del espacio profundo de la agencia: la nave espacial Orion, el cohete SLS y los sistemas terrestres de apoyo. Créditos: NASA/Bill Ingalls |
Artemis I y la preparación para la misión
El cohete Artemis I SLS lanzará un Orion sin tripulación a la órbita terrestre, colocándolo en un camino hacia una órbita retrógrada distante lunar, donde viajará 64,000 quilómetros más allá de la Luna, o un .total de aproximadamente 448.000 quilómetros desde la Tierra antes de regresar a casa. Esta prueba de vuelo crucial demostrará el rendimiento del cohete SLS en su vuelo inaugural y recopilará datos de ingeniería antes de que Orion regrese en un reingreso a la Tierra de alta velocidad a Mach 32, o 39.200 quilómetros por hora. El reingreso a alta velocidad de la velocidad lunar es la principal prioridad de la misión y una prueba necesaria del rendimiento del escudo térmico cuando ingresa a la atmósfera de la Tierra, calentándose a principios de 2.760 grados Celsius, aproximadamente la mitad de la temperatura de la superficie del sol, antes de caer en el Océano Pacífico para recuperación y evaluación de ingeniería posterior al vuelo.
Para esta configuración sin tripulación, el equipo de ingeniería volará en lugar de los elementos esenciales para los astronautas. En lugar de las pantallas y controles de la cabina y los sistemas de soporte vital que volarán en el primer vuelo tripulado, este primer vuelo llevará las herramientas de recopilación de datos necesarias para validar el rendimiento y comparar modelos predictivos con datos de vuelo reales. En el transcurso de la misión de cuatro a seis semanas, Orión viajará más de 2,24 millones de quilómetros antes de regresar a la Tierra, superando el récord del Apolo 13 de distancia recorrida desde la Tierra en una nave espacial diseñada para humanos. Esta misión también desplegará 13 CubeSats para realizar nuevas investigaciones científicas y demostraciones de nuevas tecnologías que mejorarán nuestro conocimiento del entorno del espacio profundo, al tiempo que involucrará a un conjunto más amplio de universidades, socios internacionales y empresas privadas en la exploración lunar que nunca antes en un solo misión.
Los preparativos para Artemis I están en marcha. La producción está completa para los motores SLS, que comprenden cuatro motores de cohetes líquidos RS-25, dos propulsores de cohetes sólidos, la etapa central masiva y la etapa de propulsión criogénica provisional que proporciona el empuje final de Orión hacia la Luna, y todos están completando las pruebas previas al vuelo. Más allá de las pruebas en tierra significativas cuando la NASA haya disparado elementos del cohete desde los bancos de prueba en Mississippi, Utah y Alabama, se llevará a cabo una serie de pruebas en tierra totalmente integradas en el Centro Espacial Kennedy antes de una Revisión de preparación de vuelo final antes del lanzamiento de Artemis I. La prueba de vuelo inaugural de Orion, Exploration Flight Test-1, se realizó el 5 de diciembre de 2014. La misión de 4,5 horas demostró la capacidad espacial de Orion en una órbita terrestre alta, probó el escudo térmico de la nave espacial en la medida de lo posible durante el reingreso a la atmósfera terrestre, y probó los sistemas de recuperación de la cápsula. Aunque EFT-1 no incluía tripulación, la cápsula Orion voló más alto y más rápido que cualquier nave espacial destinada a transportar humanos en más de 40 años. La NASA completó la serie final de pruebas del paracaídas Orion en septiembre de 2018. El sistema incluye 11 paracaídas que comienzan a desplegarse a casi ocho quilómetros de altitud. En el transcurso de ocho pruebas de calificación en el Yuma Proving Ground del Ejército de los EE. UU. en Arizona, los ingenieros evaluaron el rendimiento del sistema de paracaídas de Orion durante las secuencias de aterrizaje normales, así como numerosos escenarios de falla y una variedad de posibles condiciones aerodinámicas para garantizar que los astronautas puedan regresar de manera segura de misiones en el espacio profundo.
En 2019, la NASA realizó una prueba exitosa conocida como Ascent Abort-2, que probó el sistema de aborto de lanzamiento de Orion que se encuentra sobre Orion en el lanzamiento y durante el ascenso. Si ocurre una emergencia durante el lanzamiento, el sistema de aborto de lanzamiento aleja a Orion y su tripulación del cohete para aterrizar en el Océano Atlántico. La prueba de tres minutos demostró que el sistema de aborto de lanzamiento de Orion puede dejar atrás a un cohete que acelera durante condiciones aerodinámicas de alta tensión y llevar a los astronautas a un lugar seguro si ocurre una emergencia durante el lanzamiento. Los detalles adicionales de las pruebas previas al vuelo se documentan en el Apéndice 4, Preparación para el vuelo de Artemis.
El módulo de tripulación Orion para la misión Artemis I ha sido completamente ensamblado, probado e integrado con el módulo de servicio europeo. El módulo de servicio, construido por la ESA, proporciona la mayor parte de los sistemas de propulsión, energía y refrigeración para el módulo de la tripulación donde vivirán y trabajarán los astronautas durante las misiones de Artemis. La nave espacial integrada completó con éxito las pruebas de entornos simulados en el espacio, verificando que los sistemas de Orion funcionarán como se esperaba durante las misiones de Artemis. Dentro de la cámara de vacío más grande del mundo, la nave espacial estuvo sujeta a las condiciones y temperaturas electromagnéticas extremas (-250 a 200 grados Fahrenheit) del espacio. La campaña se completó antes de lo previsto, y desde entonces la nave espacial ha regresado a la costa espacial para los preparativos finales antes de la integración con el cohete SLS.
El equipo de sistemas terrestres de la NASA ha modificado la infraestructura y el equipo de apoyo terrestre necesarios para lanzar las misiones Artemis y recuperar Orión. El lanzador móvil se sometió a pruebas integradas dentro del edificio de ensamblaje de vehículos y en la plataforma de lanzamiento 39B recientemente renovada, validando que puede comunicarse de manera efectiva con los sistemas de las instalaciones y los sistemas terrestres para funcionar adecuadamente durante el lanzamiento.
El equipo de EGS responsable de llevar a cabo las operaciones de lanzamiento ha realizado simulaciones de entrenamiento dentro de la sala de tiro 1 para certificar que el equipo está listo para el lanzamiento y puede resolver cualquier tipo de problema en tiempo real. Los equipos también han practicado la descarga, la maniobra y el apilamiento del escenario principal del SLS de 212 pies de largo utilizando una maqueta a gran escala llamada Pathfinder.
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| Mapa de Artemisa I. Artemis I será la primera prueba de vuelo integrada del sistema de exploración del espacio profundo de la NASA: la nave espacial Orion, el cohete del Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) y los sistemas de tierra en el Centro Espacial Kennedy en Cabo Cañaveral, Florida. La primera de una serie de misiones cada vez más complejas, Artemis I será un vuelo sin tripulación que proporcionará una base para la exploración humana del espacio profundo y demostrará nuestro compromiso y capacidad para extender la existencia humana a la Luna y más allá. Durante este vuelo, la nave espacial sin tripulación Orion se lanzará en el cohete más poderoso del mundo y viajará miles de millas más allá de la Luna, más lejos de lo que jamás haya volado ninguna nave espacial construida para humanos, en el transcurso de una misión de aproximadamente tres semanas. Montaje: Kathryn Hambleton |
Artemis II
Con Artemis II, el primer vuelo tripulado de SLS y Orion enviará cuatro astronautas al entorno lunar por primera vez en más de 50 años. Este será el "momento Apolo 8" de Artemis Generation, cuando los astronautas a bordo de Orion capturen el globo completo de la Tierra desde lejos, como telón de fondo de la Luna. Con la confianza basada en la misión Artemis I y las miles de horas dedicadas a las pruebas de vuelo y en tierra previas, la tripulación de Artemis II abordará Orion sobre el SLS para una misión de aproximadamente 10 días en la que establecerán un récord para el viaje humano más lejano más allá la cara oculta de la Luna en una trayectoria híbrida de libre retorno.
El cohete SLS lanzará a la tripulación a bordo de Orión, y la nave espacial realizará dos órbitas alrededor de la Tierra antes de comprometerse con el viaje a la Luna. Orion alcanzará primero una órbita de inserción inicial a una altitud de 184 por 2880 quilómetros y la órbita elíptica durará aproximadamente 90 minutos con el perigeo ajustado mediante el primer disparo del cohete de la etapa de propulsión criogénica provisional (ICPS). Después de la primera órbita, el ICPS del cohete volverá a proporcionar el impulso para elevar a Orión a una órbita terrestre alta (HEO), volando en una elipse durante aproximadamente 42 horas entre 320 y 94.400 quilómetros sobre la Tierra.
Después de llegar a HEO, Orion se separará del ICPS, y la etapa ampliada tendrá un uso final antes de que se elimine a través de la atmósfera de la Tierra: la tripulación la usará como objetivo para una demostración de operaciones de proximidad. En esta demostración, los astronautas pilotarán la ruta de vuelo y la orientación de Orion en modo manual. La tripulación utilizará las cámaras de a bordo y la vista desde las ventanas de la nave espacial para alinearse con el ICPS a medida que se acercan y se alejan del escenario para evaluar las características de manejo de Orion. La demostración proporcionará datos de rendimiento y experiencia operativa que no se puede obtener fácilmente sobre el terreno en preparación para encuentros críticos, operaciones de proximidad, acoplamiento y operaciones de desacoplamiento al comenzar en Artemis III.
Después de la demostración de operaciones de proximidad, la tripulación devolverá el control a los controladores de la misión y pasará el resto del día verificando el rendimiento del sistema en órbita en el entorno espacial. En HEO, la tripulación evaluará el rendimiento de los sistemas de soporte vital necesarios para generar aire respirable y eliminar el vapor de agua y el dióxido de carbono producidos metabólicamente. Se quitarán el traje Orion Crew Survival System (Sistema de Supervivencia de la Tripulación Orion) que usan para el lanzamiento y pasarán el resto de la misión en el espacio vestidos de civil hasta que se vuelvan a poner sus trajes para prepararse para ingresar a la atmósfera de la Tierra y recuperar el módulo del océano. Un cambio entre el modo de traje y el modo de cabina en el sistema de soporte vital, así como el rendimiento del sistema durante los períodos de ejercicio en los que la tripulación la tasa metabólica es la más alta y el período de sueño donde la tasa metabólica de la tripulación es la más baja confirmando la preparación del sistema de soporte vital para la etapa de sobrevuelo lunar de la misión.
Mientras aún esté en HEO, Orion volará más allá de los satélites del sistema de navegación del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y los satélites de comunicación del Sistema de Retransmisión de Datos de Seguimiento (TDRS) de la Red Espacial de la NASA y permitirá una verificación temprana de la comunicación y capacidades a la navegación de la Red del Espacio Profundo (DSN). Una vez que Orión viaje hacia y alrededor de la Luna, necesitará la Red de Espacio Profundo para permitir que el control de la misión mantenga la comunicación con los astronautas y comande la nave espacial, además de actualizar el sistema de navegación, por lo que esta revisión anticipada confirmará que está listo para realizar la misión de sobrevuelo lunar. Una vez que vuelva a estar dentro del alcance de GPS y TDRS en el regreso a la Tierra en HEO, Orion volverá a cambiar a navegación GPS y comunicación TDRS tal como lo hará el día del aterrizaje.
Después de completar los procedimientos de verificación en HEO, Orion realizará la maniobra de inyección translunar o TLI. Con el ICPS habiendo hecho la mayor parte del trabajo para poner a Orion en HEO, el módulo de servicio de Orion ahora proporciona el último empujón necesario para poner la nave espacial en un camino hacia la Luna con una trayectoria lunar de retorno libre. El TLI enviará a la tripulación en un viaje de ida de unos cuatro días y alrededor del otro lado de la luna, donde finalmente crearán una figura de ocho que se extenderá a más de 368.000 quilómetros de la Tierra cuando Orión regrese en otro viaje de cuatro días de vuelta a casa. Esta trayectoria de bajo consumo de combustible aprovecha la relación del campo de gravedad de la Tierra y la Luna, asegurando que, después de su viaje alrededor del lado oculto de la Luna, Orión sea atraído naturalmente por la gravedad de la Tierra, sin necesidad de movimientos de propulsión.
La tripulación del Artemis II viajará 7400 km más allá del lado oculto de la Luna. Desde este punto de vista, podrán ver la Tierra y la Luna desde las ventanas de Orión, con la Luna cerca en primer plano y la Tierra a unos 400.000 kilómetros de fondo.
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| Ilustración que muestra los principales componentes de la nave espacial Orion. Crédito: NASA |
Las únicas puestas de sol que verán durante esta misión serán en su primera vuelta alrededor de la Tierra en su primer día y un breve eclipse de Sol cuando la Luna pase entre ellos. La luz solar persistente proporcionará la producción de energía para los paneles solares de Orion, pero la tripulación tendrá que atenuar las luces y proteger las ventanas dentro de la cápsula para simular la noche y lograr el ritmo circadiano adecuado.
Para demostrar la capacidad de mantener la condición física durante el vuelo, los astronautas tendrán un régimen de ejercicios de entrenamiento aeróbico y de fuerza. Estos planes de entrenamiento aprovecharán décadas de experiencia en vuelos espaciales tripulados obtenidos en órbita terrestre baja a bordo de la Estación Espacial Internacional, y producirán los niveles más altos de dióxido de carbono y vapor de agua en la cabina, exigiendo que el sistema de soporte vital mantenga las condiciones atmosféricas adecuadas en la cabina que verificará aún más el rendimiento del sistema de soporte vital de la nave espacial.
A lo largo de la misión, la tripulación tendrá un tiempo de inactividad limitado para comunicarse con sus familias, pero tendrán un día libre para prepararse mentalmente para el regreso a casa y hablar con sus familiares y amigos en la Tierra a través de un chat de video mientras ven los sistemas de energía solar por fuera de las ventanas de Orión. El día antes de que la tripulación regrese a casa, se preparará para la entrada, el descenso y el aterrizaje en la Tierra presurizando y probando los sistemas de propulsión del módulo de la tripulación y almacenando equipos sueltos antes del descenso a través de la atmósfera terrestre. El día de la entrada, se pondrán sus trajes espaciales presurizados y se amarrarán a sus asientos antes de que el módulo de la tripulación se separe del módulo de servicio europeo.
Durante el reingreso, la nave espacial Orion viajará a casi 40.000 kmph cuando vuelva a ingresar a la atmósfera de la Tierra, lo que la reducirá a 520 kmph. Luego, los paracaídas lo reducirán aún más a aproximadamente 32 kmph para el amerizaje, finalizando una misión que superará las 620,000 millas (más de 1.000.000 km). Las fuerzas de recuperación, ya posicionadas en la zona de aterrizaje objetivo, estarán listas para recuperar a la tripulación del Océano Pacífico.
Artemis III
Artemis III será la culminación de las pruebas rigurosas y más de tres millones de quilómetros acumuladas en el espacio en los sistemas de transporte del espacio profundo de la NASA durante Artemis I y II.
Orión y su tripulación de cuatro personas volverán a viajar a la Luna, esta vez para hacer historia con la primera mujer y el próximo hombre en caminar sobre su superficie. Un regreso rápido a la Luna requiere que la agencia minimice la cantidad de sistemas involucrados con el aterrizaje de humanos en la superficie para 2024, por lo que, si bien los futuros aterrizajes lunares utilizarán Gateway como punto de partida en la órbita lunar para misiones a la superficie, la adquisición de la agencia para un HLS provisto comercialmente dejó la puerta abierta para propuestas que no usaron Gateway en las primeras misiones de Artemis.
Para operaciones a largo plazo, Gateway proporciona un punto de partida para misiones lunares humanas y robóticas. El puesto de avanzada en órbita admitirá expediciones más largas en la Luna y, potencialmente, múltiples viajes a la superficie durante una sola misión de Artemis. El sistema operativo Gateway-to-surface también es análogo a cómo puede funcionar una misión humana a Marte, con la capacidad de que la tripulación permanezca en órbita y se despliegue en la superficie. Es importante ganar confianza operativa en este sistema en la Luna antes de las primeras misiones humanas a Marte.
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