ORIÓN, LA NUEVA NAVE ESPACIAL DE LA NASA
Orión,
el cazador mitológico que destaca entre las constelaciones, da continuación a
la saga de mitológicas denominaciones de las naves espaciales norteamericanas
Mercury, Gemini y Apolo.
Siendo
el nombre oficial MPCV (Multipurpose Crew Vehicle), Orión es el conjunto
formado por el Módulo de mando tripulado
(Crew Module), el de servicio, (Service
Module), el sistema de escape o de emergencia (Launch Abort System) y los adaptadores de los diferentes elementos
y el cohete lanzador, que será el Space
Launch System (SLS), actualmente en desarrollo.
Un poco de historia a modo
de introducción: a raíz de la tragedia
del Columbia en febrero de 2003, y el descarte de otras opciones de “avión
espacial “, se empezó a pensar en la NASA en la retirada del sistema del Space
Shuttle volviendo a una configuración más clásica; de ahí nace el proyecto
Constellation, desarrollado entre 2005 y 2009,
por el que se crearían la nave
multifunción Orión, el módulo de descenso Altair y los lanzadores Ares I y Ares V; pero
ulteriores reestructuraciones presupuestarias cancelaron el proyecto,
rescatándose durante la Administración Obama el proyecto de cápsula Orión y
desarrollándose el lanzador SLS sobre la base de la tecnología existente
derivada del Saturno V y del transbordador.
Con el cambio de paradigma
en la industria espacial y el acceso comercial al espacio patrocinado por la NASA
y la FAA-AST, al que se han sumado importantes empresas (Space X, Orbital, Sierran Nevada, Boeing,
etc) y que busca dejar a la iniciativa privada el reabastecimiento de la
ISS y las operaciones en la zona más adyacente a la Tierra, era necesario el
desarrollo de una nave espacial con capacidades que nos pueda llevar más allá,
a donde ya hemos estado y a donde ningún
hombre ha llegado jamás.
Orión, una nave diseñada en
colaboración con la Agencia Espacial Europea, será el vehículo para el viaje
"legendario" que pretende seguir el curso del cosmos hasta Marte y
otros recónditos lugares del "espacio profundo" Crédito: Gentileza
NASA
Los
tres elementos esenciales de la nave Orión son El módulo de Tripulación, El de
Servicio y el Sistema de Escape (o de aborte de la misión).
El módulo tripulado (Crew Module) es un conjunto cilíndrico – cónico, fabricado por Lockheed Martin y similar en aspecto a las conocidas cápsulas Apolo, con capacidad para cuatro astronautas ( el primer diseño era para seis) en viajes de corta y mediana duración, (hasta 21 días sin necesidad de módulos habitables auxiliares), construida en una aleación de aluminio-litio y con unas medidas de 5,02 metros de diámetro, 3,30 metros de altura y un volumen interior de 19,56 m3 de los cuales son habitables 8,95m3, teniendo el conjunto una masa al despegue de 8.900 Kg. Se espera que gracias a sus características de reutilización, cada módulo sea utilizado unas diez veces, lo que abaratará considerablemente los costes de misión.
El
CM incluye el sistema de acoplamiento compatible con la ISS y otras unidades
como podrán ser los necesarios vehículos de descenso a los diversos destinos
que se piensan, o con módulos auxiliares para viajes de larga duración. El
sistema, denominado Low Impact Docking System
permite la conexión mediante 24 puntos de atraque que aseguran el acoplamiento
mediante un sistema que incluye el anillo de captura, los pétalos guía que son
el primer elemento que hace contacto y alinea los módulos y los propios sistemas de enganche. Para
estas funciones Orión emplea sensores de navegación y un LIDAR (Light Detection and Ranging) que calcula con muchísima
precisión los parámetros para el acoplamiento.
Una
vez realizado el acoplamiento, los tripulantes podrán desplazarse a través de
un túnel 80 cm de diámetro; obvio decir que la realización de cualquier EVA
difícilmente se podría llevar a cabo desde el CM y requerirá un módulo extra
donde ubicar los trajes espaciales, equipos y las propias cámaras estancas.
Prueba
de que no se trata de una simple adaptación, el listado de las innovaciones que
el CM incorpora un innovador “glass cockpit” de clara inspiración en el Boeing
787 y que conlleva entre otras muchas ventajas una sustancial reducción de
peso; además de los necesarios interruptores, (recordemos que los
transbordadores tenían más de dos mil), la base la constituyen seis pantallas
táctiles de 20 pulgadas, aunque ya se trabaja en una evolución hacia tres de
mayor tamaño. Recientemente se han llevado a cabo pruebas con astronautas
equipados con trajes de vuelo para verificar la funcionalidad de los mandos y
equipos. Una de las ventajas del software de procedimiento previsto será
eliminar muchos kilos de peso de los clásicos manuales operaciones en papel.
Detalle del glass cockpit de la nave.
En
la estructura del módulo se han utilizado composites
(Material
muy resistente constituido por fibras de vidrio, de carbono, de boro o de
cerámica que se emplea principalmente en la industria aeronáutica y espacial)
y se han primado mucho los aspectos de mejora de soporte vital, la propia
comodidad de la tripulación, la optimización de los sistemas de control ambiental, los protocolos y equipos
de detección de riesgos, los servicios higiénicos (a diferencia del
rudimentario sistema de bolsas) y se ha prestado especial atención en cubrir las contingencias que pudieran darse en
las maniobras de aterrizaje/amerizaje
así como en la recuperación.
Por lo que hace a los
equipos de navegación también se han aplicados innovadores sistemas para la
reentrada en la atmosfera, la adopción de sistemas autónomos de encuentro y
acoplamiento, incorporando el ya citado sistema de acoplamiento de baja
velocidad, sistemas de adquisición Gps de alta velocidad y sensores muy
mejorados.
También se ha trabajado
mucho en la aviónica, mando y comunicaciones, el verdadero cerebro de la nave
es el Vehicle Management Computer, que integra con sus sistemas de
alta capacidad y velocidad sistemas redundantes de control de vuelo, y una
eficaz red Ethernet que conecta múltiples sistemas de CM incluyendo
comunicaciones, unidad de procesado de vídeo, sistema de navegación, potencia y
sistemas de control de la nave. La potencia de computación ha dado un salto
cuantitativo y cualitativo y el control de la envolvente de vuelo es una
prioridad.
Respecto a la protección
contra la radiación se ha buscado un diseño que coloque a la tripulación
físicamente rodeada de la mayor cantidad de equipo posible, buscando materiales
de construcción con alto contenido de hidrógeno en su composición, dado que
precisamente uno de los más efectivos sistemas de escudo antirradiación es el
agua.
Todos los sistemas están
diseñados para poder ser actualizados conforme el estado de la técnica vaya
mejorando, de forma que siempre opere con los mejores sistemas posibles sin
necesidad de rediseños profundos del programa.
Orión MPCV.
NASA.
Sobre la sección
cilíndrica del módulo, donde se ubican los asientos, se instala la sección
cónica, provista de cuatro ventanas, dos de ellas para horizonte y dos para
facilitar el acoplamiento. La estructura básica de la nave, con estos dos
componentes, está recubierta de diferentes capas de elementos de control térmico
y elementos de protección contra micrometeoritos y restos espaciales
potencialmente peligrosas, básicamente celdas de titanio y materiales de
composite. Estos elementos de recubrimiento de la estructura básica son los que
configuran el aspecto final de cápsula.
El módulo de servicio (Service Module), construido
por Airbus Defense & Space, presenta
de entrada una característica no estrictamente técnica que lo hace realmente destacar frente a sus
predecesores: está construido en Europa, fruto de la colaboración entre la NASA
y la ESA y buscando hacer la valer la valiosa y exitosa experiencia de esta
última en el desarrollo de los vehículos automatizados ATV que por cinco veces lograron reabastecer la ISS.
Precisamente esta colaboración es el germen de lo que se espera sucede al
abordar proyectos de la entidad de un viaje a Marte.
Básicamente se trata de un
cilindro de cuatro metros de diámetro y dos metros de altura (que con los
conectores con el CM y con el lanzador, se extiende otros dos metros más); sobre
esta estructura se instalan los paneles solares (una estructura en forma de aspa
con cuatro paneles de Arseniuro de Galio con una capacidad
de 120 V y con una salida de potencia de 112 Kw.) que proporcionan al conjunto
una envergadura de aproximadamente diecinueve metros. En este módulo
encontramos los sistemas de propulsión, y las reservas de agua y gases básicos,
así como equipos de control térmico.
Respecto a la propulsión,
la nave dispone de un conjunto de treinta y tres motores de tres tipos
diferentes: el motor principal es el motor de maniobra orbital del
transbordador espacial debidamente mejorado y actualizado, un Aerojet
Rocketdyne AJ10-190 que entrega 25,7 KN;
además contamos en la base de la estructura con ocho propulsores R-4D-11 de 490
Newtons cada uno para maniobras de corrección orbital y finalmente 24
pequeños motores de 220 Newtons agrupados en módulos de cuatro unidades
en seis pods para control de actitud de la nave.
Como propelente para los
sistemas de propulsión citados se dispone de 4 tanques de óxido de nitrógeno
como oxidante y monometilo de hidracina
como fuel; los cuatro tanques, a 25 bar
de presión, almacenan 9200 kilogramos, que son debidamente inyectados hacia los
propulsores gracias al helio contenido
en otros dos tanques.
El módulo de servicio
incorpora asimismo otros cuatro tanques con 240 kg de agua potable; un tanque
de nitrógeno con 30 Kg y tres tanques de oxígeno con 90 Kg.
Finalmente, el control
ambiental se gestiona con la combinación de sistemas activos y pasivos que incorporan
seis radiadores, difusores y sistemas aislantes multicapas.
Con el Sistema de Escape (LAS) se busca potenciar
la seguridad de la tripulación en la fase crucial de despegue. El
complejo sistema está integrado por seis componentes:
a) el segmento que cubre
la cápsula, proporcionándole protección e integridad estructural.
b) el motor de escape
propiamente dicho, encargado de separar la cápsula Orión en caso de accidente o
desvió fatal de la trayectoria, alejándolo de un fallo de lanzador.
c) el motor de eyección
del sistema, que, una vez efectuado el lanzamiento con éxito, desprenderá el
Sistema de escape de la cápsula dejándola en configuración de vuelo,
operaciones y reentrada.
d) las necesarias
estructuras de interconexión entre etapas.
e) el motor de control de
actitud para proceder a los ajustes necesarios en caso de activación.
f) y el cono que culmina
la estructura proporcionando la necesaria aerodinámica en el lanzamiento. Todo ello en una estructura de 13.3 metros y
alrededor de seis toneladas de peso. Seis puntos de anclaje unen la estructura
con el CM. El motor de escape proporciona 1.760 KN. Hay que tener en cuenta que
el uso del (LAS) se llevaría a cabo en
situación de emergencia, por lo que estamos ante una acción altamente dinámica
que sometería a la tripulación a unos nada desdeñables 10g.
Se han ensayado diferentes
escenarios de aborto de misión en los se activaría el sistema de escape y que
incluyen opciones desde la propia plataforma de lanzamiento, a baja altura (<7.5
KM), media (entre 7.5Km y 45.5 Km) y alta (100 Km). En todas las pruebas
efectuadas los resultados han sido positivos.
Por primera vez en una
generación, la NASA está construyendo una nave espacial humana para misiones en
el espacio profundo que marcará el comienzo de una nueva era de exploración
espacial. Nos esperan una serie de misiones cada vez más desafiantes, y esta
nueva nave nos llevará más lejos que antes, incluso a las inmediaciones de la
Luna y Marte. Nombrada en honor a una de las constelaciones más grandes en el
cielo nocturno y basada en más de 50 años de investigación y desarrollo de
vuelos espaciales, la nave espacial Orión está diseñada para satisfacer las
necesidades cambiantes del programa de exploración espacial de nuestro país en
las próximas décadas. Las misiones de exploración del espacio profundo de Orión,
junto con niveles récord de inversión privada en el espacio, ayudarán a poner a
la NASA y a los Estados Unidos en una posición para desentrañar los misterios
del espacio y garantizar la preeminencia mundial de esta nación en la
exploración del cosmos.
Orión servirá como el
vehículo de exploración que llevará a la tripulación al espacio, proporcionará
capacidad de aborto de emergencia, sostendrá a los astronautas durante sus
misiones y proporcionará un reingreso seguro desde las velocidades de retorno
del espacio profundo. Las misiones Orión se lanzarán desde el moderno puerto
espacial de la NASA en el Centro Espacial Kennedy en Florida en el nuevo y
poderoso cohete de carga pesada de la agencia, el Sistema de lanzamiento
espacial. La misión allanará el camino para los vuelos con astronautas a partir
de principios de 2020.
Airbus entregó el primer
módulo ESM para la nave Orion de NASA (noviembre de
2018).
El primer Módulo de
Servicio Europeo (ESM) se acoplará a la nave Orión que llevará astronautas más
allá de la Luna mediante el vehículo pesado SLS. El primer vuelo de Orión será
en 2020 y el primero tripulado en 2022.
A principios de noviembre
Airbus entregó el primer módulo de servicio europeo (ESM, por sus siglas en
inglés) para la nave Orión de la NASA desde su centro aeroespacial en Bremen,
Alemania. El ESM fue enviado al Kennedy Space Center de la NASA en Florida,
EE.UU., a bordo de un avión de transporte Antonov. Se trata del resultado de
cuatro años de desarrollo y construcción y supone alcanzar una meta clave en el
proyecto. En noviembre de 2014, la ESA seleccionó a Airbus como contratista
principal para diseñar y fabricar el primer ESM.
El ESM es un elemento
crucial de la cápsula Orión de próxima generación que, por primera vez desde el
final del programa Apolo en la década de los 70, llevará a astronautas más allá
de la órbita baja terrestre. El módulo suministra propulsión, energía eléctrica
y control térmico, y proporcionará agua y oxígeno a los astronautas en futuras
misiones. El ESM está integrado debajo del módulo de la tripulación.
“La entrega del primer
módulo de servicio europeo para la cápsula Orión de la NASA supone un hecho de
suma importancia y demuestra que la vanguardista misión al Espacio profundo de
la NASA continúa tomando velocidad. Muy pronto el módulo de la tripulación y el
módulo de servicio se reunirán por primera vez en el Kennedy Space Center y
podrá iniciarse la fase de integración y pruebas”, declaró Oliver Juckenhöfel,
responsable de On-Orbit Services and Exploration de Airbus. “Trabajar en el
proyecto Orion ha consolidado la relación excepcional, eficiente y cercana con
nuestros clientes, la ESA y la NASA, y con nuestro socio industrial Lockheed
Martin Space. Tenemos el firme compromiso de seguir reforzando la confianza que
la ESA y la NASA ya han depositado en nuestro saber hacer y en nuestra
experiencia a la hora de construir el primer ESM. Ya estamos trabajando en la
integración del segundo módulo de servicio en nuestras salas blancas”.
El lanzamiento de la nave
espacial Orion con el nuevo cohete Space Launch System (SLS) de la NASA, lleva
el nombre de Exploration Mission-1 y está programado para 2020. Esta misión no
será tripulada y llevará a la nave a más de 64.000 kilómetros de la Luna para
demostrar sus capacidades. La primera misión espacial tripulada, Exploration
Mission-2, está prevista para 2022.
En el ESM se integran más
de 20.000 piezas y componentes, entre los que se encuentran equipamiento eléctrico,
motores, paneles solares, tanques de combustible, materiales de soporte vital y
varios kilómetros de cables y tuberías.
Los ingenieros prueban con éxito la mayor parte del sistema e anulación del lanzamiento de la nave Orión. (marzo 2019).
Un motor diseñado por Aerojet Rocketdyne para el Sistema de aborto del
lanzamiento (LAS) de la nave Orión fue probado con éxito por ingenieros en
el Centro de Pruebas Redstone del Ejército de los EE. UU. en Huntsville,
Alabama. Durante la prueba de fuego caliente del Motor-1 Jettison Motor
Qualification del sistema de abortar el lanzamiento de Orión, el motor produjo
más de 40,000 libras de empuje, suficiente para levantar a 26 elefantes del
suelo. La prueba de 1.5 segundos fue la primera en una ronda de pruebas
destinadas a calificar el LAS Jettison Motor para el vuelo espacial humano. Es
un mecanismo de seguridad para Orion que se lanzará sobre SLS, que
llevará a la tripulación a misiones espaciales profundas. El motor
Jettison es un elemento crítico para garantizar la seguridad de los astronautas. El sistema
de aborto de lanzamiento levantará de forma segura el módulo de tripulación
Orión lejos del vehículo de lanzamiento en caso de una emergencia en la
plataforma de lanzamiento o durante el ascenso. Una vez que Orión alcance
una distancia segura del cohete, el motor Orión Jettison se encenderá para
separar la estructura LAS de la nave espacial, que luego podría desplegar sus
paracaídas para un aterrizaje seguro.
El sistema de cancelación de lanzamiento consta de tres motores de
cohete sólidos: el motor Jettison, el motor de cancelación que extrae el módulo
de tripulación del vehículo de lanzamiento, y el motor de control de actitud
utilizado para dirigir la orientación del dispositivo de la tripulación después
de un aborto. El Jettison Motor fue construido por Aerojet Rocketdyne en
Sacramento, California, para el sistema de aborto del lanzamiento de la nave
espacial Orión Lockheed Martin.
Prueban los
sistemas de seguridad de Orion desde el despegue hasta el amerizaje. (marzo de 2019).
El motor de
control de actitud se activa durante una prueba en las instalaciones de
Northrop Grumman en Elkton, MD. Créditos: Northrop Grumman.
Los equipos probaron con
éxito uno de los motores en el Sistema de anulación de lanzamiento de Orion
responsable de llevar a la tripulación a la seguridad en una emergencia durante
el lanzamiento, y completaron las pruebas en el mar para la calificación del
sistema utilizado para la posición vertical de Orión después de que aterriza en
el océano.
Fuente
Rafael Harillo
Gómez-Pastrana
Airbus.
NASA/JPL.
Northrop Grumman
Fuente
Rafael Harillo
Gómez-Pastrana
Airbus.
NASA/JPL
Northrop Grumman.
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