El Portal del Espacio Profundo

Hace poco se supo que los astronautas rusos podrían ir a la luna en 2024. Según el plan, viajarían a bordo del módulo residencial de la futura estación habitable “Lunar Orbital Platform-Gateway”, que, como su nombre indica, girará alrededor de la luna. Y aunque este no es el primer proyecto de este tipo, hoy es el más prometedor. En este artículo, hablamos de por qué se necesita una estación en el satélite de la Tierra, cómo se verá y también con qué dificultades se enfrentarán los investigadores.

Las potencias espaciales de hoy se parecen a un hombre que se para en la playa y no puede decidirse a bucear. Como resultado, hemos estado "pisoteando" durante 40 años en la órbita terrestre baja, y todavía no está claro cuando se enviarán nuevas expediciones tripuladas más allá de ella. Las esperanzas de una exploración espacial activa vienen dadas por los proyectos de crear una base internacional "a medio camino" desde la Tierra hasta el cuerpo celeste más cercano: la Luna.

Los jefes de las agencias espaciales coinciden unánimemente en que el próximo gran objetivo de los vuelos tripulados debería ser Marte. Pero tal tarea es demasiado costosa y difícil de realizar. Requiere mucho entrenamiento y mucha experiencia, por lo que comenzar con un objetivo no tan arriesgado, suena más simple.

La nación líder en la exploración del espacio ultraterrestre, Estados Unidos, en las últimas décadas ha llamado accesibles a estos objetivos en varias ocasiones, pero los han cambiado por otros nuevos. El ambicioso programa Constellation con planes para regresar  gente a la luna fue reemplazado por un vuelo a un asteroide, y luego - un proyecto para "atrapar" tal asteroide y remolcarlo en la órbita de la Luna. En 2012, la NASA discutió con Roscosmos la posibilidad de crear una estación habitable conjunta en el punto de Lagrange, donde operan varios telescopios espaciales. Pero solo recientemente las dos potencias han comenzado a hablar seriamente sobre dar un paso en otra dirección y construir una estación en la Luna.

La época de los grandes planes

Los proyectos de estaciones orbitales cercanas a la luna con  diversos grados de audacia han sido numerosos. En los años 60, Sergey Korolev propuso crear una especie de punto de seguro, donde se almacenarían las reservas destinadas a dar servicio a los complejos espaciales interplanetarios. Uno de los proyectos más desarrollados apareció en 1971, cuando la NASA consideró un gran "Plan integrado para la exploración espacial", relacionado con la construcción de infraestructura ramificada más allá de la Tierra. Estaciones de órbita terrestre baja y geoestacionarias, remolcadores interorbitales con reactores nucleares, lanzaderas totalmente reutilizables, y en el futuro bases en Marte y en la luna... en ese contexto,  una base cerca de la Luna fue planeada casi una parte normal de este gran complejo.

Bajo el proyecto de North American Rockwell, el módulo principal de la futura estación consistiría en una estructura cilíndrica de 18.5 × 8 metros (una vez y media más amplia y dos veces más larga que Zarya, el módulo básico de la ISS actual). Dividido por cubiertas internas, podría albergar cabinas y laboratorios, áreas de descanso e instalaciones de almacenamiento. Para el módulo principal, se planeó conectar aproximadamente la misma energía (con baterías solares de casi 1000 metros cuadrados), así como un módulo experimental con una entrada y un repositorio para microsatélites. Los componentes adicionales también se acoplaron, de modo que la masa total del complejo lunar completo podría alcanzar 71,5 toneladas.

^{Esquema de una estación cercana a la luna, diseñado en los Estados Unidos en 1971
North American Rockwell}

Para enviar los voluminosos módulos de estación al sitio, se podría usar cohetes superpesados ​​Saturno V, que ya transportaban personas a la Luna, o transbordadores espaciales, que en ese momento todavía estaban en la etapa de un diseño preliminar. Se supone que la estación sería capaz de jugar el papel del centro de control de todos los elementos de la infraestructura lunar y se convertiría en una base para misiones tripuladas a la luna, apoyando las estaciones de investigación y los robots sobre la superficie, permitiría además el análisis rápido de muestras y ejecutaría pequeñas unidades de investigación.

Ideas similares fueron expresadas por científicos soviéticos. En 1987, bajo el título "Carta al siglo XXI" de la revista "Técnica de la Juventud", Vladislav Shevchenko, Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas, escribió :

Si movemos la estación espacial a una órbita circumlunar, se convertirá en el punto focal para que toda la operación que se desarrolle este cuerpo celeste. Desde aquí, en las primeras etapas que preceden a la construcción de la base lunar, se llevará a cabo el control de los vehículos lunares, se realizarán análisis de rocas entregadas desde diversas regiones de la Luna mediante dispositivos automáticos, experimentos biológicos y de otro tipo.

Pero incluso entonces, después de la finalización de la construcción, la sede no perderá su importancia. Se convertirá en un alunizaje espacial. Se puede suponer que a partir de aquí en un futuro lejano las naves totalmente construidas en la Luna se dispersarán a los planetas del Sistema Solar.

Tiempo para pensar

En nuestro tiempo, tales proyectos parecen una utopía pura, y las propuestas modernas son mucho más modestas. De acuerdo con el espíritu de los tiempos, las tareas de la futura estación del centro lunar también deben cambiar. Incluyen asistencia para elegir áreas óptimas, ricas en recursos y protegidas contra la radiación para acomodar la futura base, así como para prevenir la notoria amenaza de los asteroides. De hecho, la Tierra es visible para los observadores desde un lado de la estación, que en teoría le permite rastrear asteroides que se acercan a nosotros del sol y pueden permanecer sin ser detectados (como fue el caso de un asteroide de 20 metros de altura que de repente explotó sobre Chelyabinsk con base en tierra en febrero de 2013).

^{El concepto de una estación de abastecimiento lunar, 1984
NASA vía Marcus Lindroos}

Además, la estación cercana a la luna es capaz de convertirse en un centro de control para drones lunares, pequeños vehículos lunares o sondas de aterrizaje no tripuladas. La ausencia de retardo de señal facilitará la transferencia de comandos hacia ellos, y hará que su dispositivo sea más simple y más económico que las pruebas de investigación tradicionales que necesitan una gran autonomía. Los proyectos de tales sistemas, controlados desde la órbita, se están desarrollando ahora. Al igual que en abril de 2016, los astronautas europeos, mientras permanecían en la ISS, demostraron el control de un robot robótico sobre la Tierra. Sin embargo, muchos expertos consideran que estos proyectos modestos son una carga innecesaria.

En su opinión, la estación orbital puede ser útil solo para los futuros visitantes a la Luna, si es posible organizar la producción de combustible a partir de los recursos locales. Las reservas de hielo lunar encontradas en los polos del satélite permiten esperar que en el futuro sea ​​posible obtener agua de él, así como oxígeno e hidrógeno para combustible y respiración. En este caso, la creación de una estación de servicio en una órbita circumlunar tendrá un significado económico directo.

Sin embargo, mientras que la extracción de oxígeno e hidrógeno del hielo lunar sigue siendo una cuestión de futuro incierto, y probablemente sea más fácil utilizarlos directamente en la superficie lunar. Incluso el seguimiento de los asteroides se puede organizar sin la participación de una persona, utilizando dispositivos automáticos.

Repensando la estación

Sin embargo, a favor de construir una estación cercana a la luna, hay al menos un argumento "impenetrable". Tal proyecto puede convertirse en una respuesta importante a la pregunta de qué sucederá con el vuelo espacial tripulado después de la ISS, cómo y en qué medida se utilizará la vasta experiencia de trabajo conjunto acumulado a lo largo de los años de su creación y funcionamiento. La estación internacional ha estado operando durante casi 20 años, el final de su operación se designó en 2024; y es posible que los términos se extiendan a 2028, pero tarde o temprano tendrá que ser retirada. Y luego la cooperación internacional puede encontrar una extensión natural ya en la órbita lunar. Trabajar en la nueva estación salvará esta experiencia y reclutará una nueva expedición tripulada a Marte, que es necesaria para la próxima etapa.

En septiembre de 2017, la NASA y Roskosmos firmaron un acuerdo sobre la intención de crear una estación cercana a la Luna, más tarde renombrada Lunar Orbital Platform-Gateway. Las agencias espaciales y sus socios en el ISS han creado un grupo de trabajo para discutir la implementación de este proyecto. De acuerdo con el cosmonauta Oleg Kotov, la forma más detallada de crear una estación en la órbita polar alta elíptica. La órbita baja no es muy rentable debido a la necesidad de correcciones constantes. La órbita elíptica permitirá a la estación mantenerse durante un largo tiempo en el lugar, retransmitir señales a la Tierra y buscar lugares adecuados para la futura base, incluido el uso de sondas controladas a distancia.

A principios de año se celebró una gran reunión con la participación de unos 300 especialistas, donde se debatieron las principales direcciones de trabajo con la plataforma orbital Lunar-Gateway. Se supone que esta será una estación relativamente modesta compuesta de cuatro pequeños módulos.

^{Empresas involucradas en el desarrollo de PPE
Mark Geyer}

El Elemento de Propulsión de Potencia (PPE) será el primero en llegar a la Luna con una capacidad de aproximadamente 40 kilovatios, que realizará las funciones clave para la base orbital. Su desarrollo implicó cinco empresas: Boeing, Lockheed Martin, Orbital ATK, Sierra Nevada Corporación y Space Systems Loral. NASA elegirá la versión final tan pronto como las empresas demuestren la capacidad de trabajar en el proyecto propuesto, y es posible que se firme más de un contrato.

Se espera que el lanzamiento ocurra ya en 2021-2022. El PPE transportará los elementos necesarios para proporcionar a la estación de energía, corrección de la órbita y comunicación con la Tierra y otras naves espaciales. Además, la planta de energía puede tener una carga útil diseñada para medir el nivel de radiación y neutrones, experimentos neurocognitivos y evaluar la salud psicológica, el cultivo de plantas y el procesamiento de desechos.

Junto al satélite de la Tierra se entregará un módulo residencial (presumiblemente, a más tardar en 2025), donde durante al menos 30 días puede haber una tripulación de cuatro personas. En un artículo para la edición estadounidense de Popular Mechanics, el periodista Anatoly Zak informó que, como base, la compañía rusa RSC Energia sugiere usar un gran módulo científico y energético de 24 toneladas del NEM, que ahora se está construyendo para la ISS. Sin embargo, para llevarlo a la órbita cercana a la Luna, se necesitará un cohete extrapesado, que aún no se ha creado; hoy, la NASA tiene la intención de utilizar el Sistema de Lanzamiento Espacial Estadounidense, cuyo primer vuelo no ocurrirá hasta 2019.

Por otra parte, el año pasado, NASA habló sobre el hecho de que el programa NeXTstep, con seis empresas, también están desarrollando prototipos de módulos residenciales (incluyendo la empresa Bigelow Aerospace, que se va a ejecutar a la unidad residencial privada Luna). Hay posibilidades de que uno de ellos sea elegido para LOP-G, pero no lo sabremos hasta la segunda mitad del próximo año.

^{Los elementos principales de la futura estación
Mark Geyer}

El tercer elemento de la futura estación orbital será el módulo de logística. Habrá cargamentos que ampliarán la misión de la tripulación, también puede haber experimentos científicos y demostración de tecnología. Además, el módulo puede ser utilizado con fines comerciales, aunque hasta ahora no está claro cómo.

Y el último elemento de la base orbital cercana a la luna será la esclusa de aire para la salida de las tripulaciones al espacio exterior. Rusia puede recibir una propuesta para su construcción.

El desarrollo y la creación de los primeros módulos para la creación de una estación cercana a la Luna costarán $ 2.7 mil millones, con la NASA planeando solicitar los primeros 504 millones del presupuesto de EE.UU el próximo año. De estos, 328 millones se gastarán en el módulo de energía, y los 176 millones restantes en el módulo habitable, como se informó en la presentación de Mark Geier, director ejecutivo de programas tripulados de la NASA.

Una protección contra la radiación 

Los astronautas a bordo del ISS reciben una dosis de radiación 200 veces mayor que las personas en la superficie de la Tierra (protegidas por la atmósfera). Sin embargo, debido a que retienen un importante elemento de protección contra la radiación, el efecto del campo magnético del planeta se extiende mucho más allá de la órbita de la estación espacial, las personas pueden permanecer en órbita durante hasta 200 días sin mucho riesgo. Cerca de la Luna, este factor dejará de funcionar, y todavía existe la gran pregunta de si las personas pueden vivir y trabajar allí.

"Si el planeta Tierra se presenta como una nave espacial, entonces tiene dos medios de protección contra la radiación", explicó Vyacheslav Shurshakov, jefe del laboratorio para el monitoreo de la radiación durante las misiones espaciales del Instituto de Problemas Biomédicos de la Academia Rusa de Ciencias. “El primero es la atmósfera de la Tierra, filtra, aproximadamente como una capa de agua de 10 metros. El segundo es la magnetosfera".

Por otro lado, el efecto de la magnetosfera no siempre es positivo: sus líneas forman cinturones de radiación, una especie de "bolsas" donde se acumulan partículas cósmicas de alta energía, peligrosas tanto para los humanos como para la electrónica. Por lo general, no se cruzan con la ISS, pero hay zonas especiales, por ejemplo, la Anomalía del Atlántico Sur, donde la altura del cinturón interior puede "colgarse" hasta 200 kilómetros sobre la superficie, lo que crea peligro para la tripulación de la estación.

"Resulta que el papel del campo magnético es doble. Por un lado, protege y, por otro lado, crea zonas de mayor radiación. Por lo tanto, la dosis de radiación peligrosa que está en la circumluna, ya la que está en una órbita cercana a la tierra será aproximadamente la misma", - dice Vyacheslav Shurshakov.

Mientras los ingenieros calculan los parámetros de la futura estación cercana a la luna, los experimentos sobre el modelado de expediciones lunares continúan en la Tierra. El martes 15 de mayo, China completó el experimento más largo para simular la vida en una base lunar autónoma. Sus participantes tuvieron un total de 370 días en el laboratorio especial "Yuegun-1". Primero, el primer grupo de dos hombres y dos mujeres estuvo en un espacio confinado durante 60 días, luego fue reemplazado por otro mismo grupo, cuya estadía en el laboratorio fue de 200 días. En la tercera etapa del experimento, el primer grupo regresó al laboratorio, donde permanecieron otros 110 días.

Experimentos similares se están llevando a cabo en Moscú, en el Instituto de Problemas Médicos y Biológicos de la Academia Rusa de Ciencias. Así, en noviembre de 2017 ocurrió el experimento del SIRIUS-17, cuyo objetivo es estudiar el efecto de aislamiento en el espacio limitado del transbordador espacial con la condición psicológica y fisiológica de la tripulación durante la simulación de vuelo de 17 días en la Luna (los astronautas contaron todos los días en su blog colectivo).

Además, en IBMP se llevaron a cabo experimentos para simular las condiciones de ingravidez con la ayuda de la "inmersión en seco" : los voluntarios durante un cierto número de días descansan en baños especiales con agua que no entran en contacto con sus cuerpos. Durante estos experimentos, los médicos reciben una gran cantidad de información valiosa sin los costos significativos asociados con el envío de cosmonautas y equipos especiales al espacio.

Para el primer trimestre de 2018, IBMP planea otro experimento de aislamiento que simule un vuelo de cuatro meses a la Luna. La tripulación está compuesta por tres hombres y tres mujeres que van a hacer el ciclo completo de operaciones: inicio y un vuelo a la Luna, de acoplamiento con la estación orbital (análogo – espacio profundo Proyecto Gateway), la observación de la superficie lunar, el alunizaje y la salida de los dos o tres miembros de la tripulación en su superficie, regreso a la estación orbital y regreso a la Tierra.

En este contexto, el principal problema para los visitantes de la futura estación cercana a la luna podría ser las llamaradas solares, las cuales están acompañadas por la emisión de flujos de partículas potentes y rápidas. Fuera de la magnetosfera, las partículas pueden ser mortales (en gran parte debido al hecho de que la rápida acumulación de radiación es más peligrosa que la lenta exposición), pero los humanos pueden ser protegidos si simplemente se esconden detrás de una pantalla. Sin embargo, incluso las pantallas muy potentes no serán lo suficientemente eficaz contra los rayos cósmicos - iones pesados ​​con muy altas energías, que caen en la vecindad de la Tierra desde el espacio interestelar. Sin embargo, en el espacio cercano a la Tierra, la protección contra ellos es difícil debido a que las partículas de alta energía casi no se quedan en la magnetosfera.

Por lo tanto, un refugio anti-radiación debe convertirse en un elemento obligatorio de la futura estación cercana a la luna, y el papel de las pantallas puede convertirse, por ejemplo, en tanques con agua y combustible ubicados a lo largo de la capa externa del módulo protegido. Los medios modernos para observar el Sol permiten notar el acercamiento de tal flujo en el tiempo y esperarlo en un escondite. Sin embargo, la creación de diseños adicionales a priori conduce a un aumento en el peso de la estación, lo que complicará su puesta en órbita.

La primera misión de prueba

Por supuesto, una misión tan inusual a gran escala como la Plataforma de la Orbital Lunar no se puede iniciar sin preparación. Aún así, una cosa es enviar personas en expediciones cortas, y la otra es el trabajo a largo plazo en la órbita lunar. Es por eso que antes del lanzamiento de la estación se planea realizar al menos dos estudios preparatorios. Su plan también fue presentado en la presentación de Mark Geier el 1 de mayo.

En la primera misión de prueba participará la nave "Orion" y el cohete SLS. En primer lugar, llevará a la nave espacial a una órbita cercana a la Tierra. En su tablero habrá 13 cuscús, satélites de investigación muy pequeños que viajarán junto con la "Orión" a la Luna. La nave realizará una trayectoria elíptica alargada, mientras que los cubesats se mantendrán en "el reino de la gravedad" del satélite, y entrarán en una órbita heliocéntrica.

^{Esquema de la primera misión de prueba
Mark Geyer}

^{Esquema de la segunda misión de prueba
Mark Geyer}

Después de completar una vuelta, Orion regresará a la Tierra y aterrizará en algún lugar del océano. La distancia total que superará la nave espacial será de aproximadamente dos millones de kilómetros, y tomará 25.5 días. El vuelo de prueba, primero que nada, probará la tecnología y cómo se siente la nave en el espacio.

En la segunda misión, Orion irá con tripulación. Por lo tanto, probablemente, la nave no dará vueltas completas alrededor de la Luna, y el vuelo durará casi tres veces menos que el primero. En total, los astronautas pasarán cuatro días junto al satélite de la Tierra, y luego regresarán a casa.

En general, los problemas técnicos y médicos asociados con la construcción y el funcionamiento de la estación cercana a la luna se pueden resolver, especialmente teniendo en cuenta la velocidad del progreso de la tecnología. El proyecto puede convertirse en una etapa importante en el desarrollo del viaje espacial tripulado, un paso intermedio desde el ISS hasta la creación de bases permanentes en la Luna y Marte. Se espera que los participantes no se vean obstaculizados por dificultades más significativas: la economía y la política, y también que el presupuesto del proyecto no crecerá, como sucedió con "James Webb".

Kristina Ulasovich
Traducido por Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.

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