El mundo aeroespacial se quedó boquiabierto cuando la NASA le otorgó 2,9 mil millones de dólares a SpaceX, la empresa de Elon Musk. Esa importante cifra está destinada para modificar Starship. Un futuro sistema de lanzamiento y el primero totalmente reutilizable que llevará nuevamente astronautas a la Luna.
Era el mes de abril y el favorito para ganar el trabajo no era SpaceX, sino el National Team (Equipo Nacional) de peso pesado. Integrado por Blue Origin de Jeff Bezos, los veteranos contratistas aeroespaciales Lockheed Martin, Northrop Grumman y Draper Labs. La selección fue tan inesperada que, cuando el Washington Post filtró la noticia, algunos observadores bien informados se negaron a creerla, dice el ingeniero aeroespacial Robert Zubrin. Fundador de Mars Society y presidente de Pioneer Astronautics.
Días antes se registraron dos eventos contrarios con los prototipos no tripulados del cohete SpaceX Starship, que no logró aterrizar de manera segura. Y el de SpaceX SN15 que resultó exitoso su lanzamiento y aterrizaje, en Boca Chica, Texas
En su extenso artículo “The Profound Potential of Elon Musk’s New Rocket”, publicado en Nautil.us, Zubrin se refiere a las interioridades de esa gran industria y a las potencialidades de Starship. Relata que entonces, los equipos perdedores (que también incluían una alianza de pequeñas empresas liderada por Dynetics) protestaron por la elección de la NASA, congelando temporalmente el programa. Pero, dado que SpaceX ofrece la mayor capacidad, a menos de la mitad del precio ofertado por los demás, prevaleció. Sin duda, la NASA recibe críticas duras del Congreso por no jugar a la pelota.
Los políticos creen que la NASA existe para satisfacer su necesidad de proporcionar beneficios económicos a sus electores. Pero la agencia gubernamental también lleva la bandera del espíritu pionero de Estados Unidos. Es una organización humana, sujeta a todas las fallas del sistema que la sustenta. Pero tiene sus momentos. Y era este uno de ellos.
Starship no se parece a nada que haya hecho la NASA
Zubrin destaca cuán transformadora y profunda podría llegar a ser Starship para nuestro futuro en el espacio y para nuestra comprensión de la vida. He estado en este negocio durante una buena cantidad de tiempo, precisa. “A fines de la década de 1980, formé parte del equipo de Martin Marietta, ahora Lockheed Martin, que realizó el diseño preliminar de lo que ahora se llama el Sistema de Lanzamiento Espacial. El vehículo insignia de la NASA. Originalmente se ideó como una forma rápida de crear un propulsor de carga pesada a partir de los componentes del sistema del transbordador espacial que estaban en funcionamiento. Starship no se parece en nada al Space Launch System. No se parece a nada que haya hecho antes la NASA. Representa un concepto completamente nuevo de operaciones espaciales. Y el impacto que puede tener en la ciencia es extraordinario”.
La NASA sigue afirmando que su programa Artemis utilizará el Sistema de Lanzamiento Espacial y la cápsula de la tripulación Orion para llevar astronautas al «Gateway». Una estación espacial aún por construir que orbita la luna. A partir de ahí, la idea es encontrarse con una nave espacial en órbita que llevará a los astronautas a la superficie. La NASA puede volar algunas misiones de esa manera. Pero, francamente, esto es para evitar la vergüenza de haber gastado tanto tiempo y dinero en sistemas que nunca se usaron. Una vez que Starship esté operativo, la lógica conducirá las cosas en una dirección completamente nueva, sostiene el ingeniero.
Esencialmente, el sistema de lanzamiento espacial es solo el transbordador espacial, pero con el orbitador similar a un avión eliminado. Esto permite que su masa sea reemplazada por una etapa superior y/o una carga útil mucho mayor. Una variante tan simple del transbordador debería haber estado volando a mediados de los 90. Si se hubiera adelantado, podríamos haberlo visto como una tecnología habilitadora para un programa espacial mucho más capaz durante el último cuarto de siglo.
Decisiones, intereses y retrasos
Por desgracia, esto no sucedió, prosigue Zubrin. A pesar de que un comité de cinta azul, encabezado por Jack Kerrebrock, un eminente profesor del Instituto de Tecnología de Massachusetts, hizo recomendaciones en 1993. Sugirió que se desarrollara un refuerzo de carga pesado derivado de Shuttle. Como una forma de reducir el número de lanzamientos necesarios para crear la Estación Espacial Internacional en un orden de magnitud. Fue rechazado por el entonces vicepresidente Al Gore.
Gore quería extender el programa de construcción de la estación espacial por décadas, involucrando docenas de lanzamientos de transbordadores. Y protones rusos para usarlos como un vehículo para alentar las relaciones amistosas con (es decir, transferir fondos a) los nuevos gobernantes de la Rusia postsoviética. Launch System se retrasó dos décadas, hasta que ya quedó obsoleto.
Esto tristemente dejó a la NASA con una brecha generacional perdida. La responsabilidad del desarrollo pasó a las personas que nunca antes habían hecho algo así. Por lo que el programa avanzó cojeando hasta bien entrado un nuevo siglo. Con un diseño final degradado en el rendimiento y ni siquiera un vuelo de prueba para mostrar durante unos 30 años de esfuerzo. Y más de $ 20 mil millones en gastos.
En 2005, la NASA comenzó a desarrollar la cápsula Orion para darle a los estadounidenses una forma de llegar a la órbita después del retiro del transbordador. Que se esperaba que ocurriera (y sucedió) alrededor de 2010. Esto debería haber sido como un paseo por el parque, pero de alguna manera, la NASA, sus contratistas y el Congreso lograron convertir los esfuerzos en décadas, en un solo un vuelo de prueba no tripulado, en 2014. Además del costo, la masa de Orión se había disparado. Con 26 toneladas, el triple que la cápsula Apollo, era demasiado pesado para que el Sistema de Lanzamiento Espacial se entregara a la órbita lunar baja con el propulsor necesario para regresar.
Historia política de los vuelos espaciales
Entonces, a la administración Obama se le ocurrió la idea de construir una estación espacial en órbita lunar alta. En lugar de ir a la Luna, los astronautas que viajan en Orión podrían pasar por la plataforma de la órbita lunar y disfrutar de la vista. O tal vez podrían investigar asteroides que algún día podrían moverse a la órbita lunar alta utilizando propulsión avanzada. ¿No sería genial?, continúa Zubrin en su artículo.
Aclara que no era fanático del gobierno de Trump. Pero se les debe dar crédito por reconocer que este plan, que heredaron, era ridículo. Cancelaron la inviable misión de redireccionamiento de asteroides y declararon que la plataforma de la órbita lunar necesitaba ser una «puerta de entrada» para ir a alguna parte. Así nació el programa Artemis, que prometía llevar a Estados Unidos de regreso a la luna (y a una mujer estadounidense a la luna), para 2024. Para evitar la vergüenza, la gente de la NASA necesitaba que el Sistema de Lanzamiento Espacial, Orion y el Gateway se usaran como parte de Artemis.
Pero ese plan no se veía tan bien. El programa Space Launch System solo estaba dispuesto a responder por una tasa de lanzamiento de uno por año. Esto a pesar del hecho de que, en el transcurso de su programa de 30 años, el Shuttle había logrado una tasa de lanzamiento promedio de cuatro por año. Y tasas de lanzamiento máximas de ocho por año. Entonces, si una misión lunar fuera a lanzarse dentro de un tiempo razonable, tendría que consistir no solo en un Sistema de Lanzamiento Espacial para enviar a Orion a la órbita, sino también en varios lanzamientos de refuerzo desechables. De elevación media para entregar un vehículo al Gateway, para que una tripulación pudiera llevarlo desde allí, hasta la superficie lunar, y regresar.
Starship una propuesta diferente
La NASA reunió alrededor de $ 1 mil millones para estudios de diseño de ingeniería y presentó una solicitud de propuestas de arquitectura de misión a la industria. Con el fin de desarrollar conceptos de vehículos de excursión lunar para satisfacer las necesidades de dicho plan.
En abril de 2020, la NASA otorgó contratos de diseño preliminar a tres contendientes. El Equipo Nacional liderado por Blue Origin, el equipo Dynetics y SpaceX, recuerda en su texto Zubrin.
Mientras, el Equipo Nacional, llevándose la mayor parte con $ 579 millones, propuso un módulo de aterrizaje desechable de tres etapas. Correspondiendo precisamente al concepto inviable que la NASA tenía en mente para su plan de misión. El equipo de Dynetics, con $ 253 millones, ofreció una pequeña etapa única con un módulo de aterrizaje de tanques de caída. Aunque (sabiamente) diverge un poco, se ajusta al paradigma de la NASA. SpaceX, tomando los últimos $ 135 millones, presentó un concepto radicalmente diferente: Starship.
Sería un sistema de lanzamiento de carga pesada, de dos etapas a la órbita, completamente reutilizable. Impulsado por motores de metano-oxígeno con una capacidad a mitad de camino entre el Sistema de Lanzamiento Espacial y el cohete lunar Saturno V Apolo, más poderoso. Debido a la capacidad de reutilización de Starship, incurriría en menos del 1% del costo de cualquiera de ellos.
Esas características, por sí mismas, cambiarían el mundo, pero hay más, refiere el ingeniero aeroespacial. Starship estaría diseñado para ser reabastecido en órbita terrestre baja por buques cisterna, lo que le permitiría continuar, por ejemplo, a Marte. Donde podría estar su sistema de propulsión reabastecido con propelente hecho a partir de abundante hielo de agua y atmósfera de dióxido de carbono del Planeta Rojo.
Un puente hacia Marte
Un inconveniente que se perfila en esta novedosa propuesta es que, para que Starship aterrice, tendría que mover sus motores de aterrizaje hacia arriba, a la parte superior del vehículo. Con eso se evitaría la formación de cráteres en la superficie. El mayor problema es proporcionar todo el propulsor para respaldar las operaciones de Starship más allá de la órbita terrestre baja.
Estos requisitos podrían reducirse mediante el desarrollo de tecnologías para extraer oxígeno del regolito lunar. Las rocas lunares están compuestas de una variedad de óxidos metálicos con un promedio aproximado 50% de oxígeno en peso, la combinación de propulsores de Starship es 78% de oxígeno. Al extraer oxígeno lunar (y producir metal en el proceso), el número de vuelos de Starship necesarios por misión se puede reducir al triple, acelerando enormemente el desarrollo lunar como resultado.
A diferencia de los conceptos de la competencia, apunta Zubrin, Starship no se limitaría a operar como un ferry desde la órbita lunar a la superficie. Puede abrir el camino a Marte. Ha sido diseñado desde el principio para hacer asequible el asentamiento humano en Marte. Razón por la cual Starship cumple con un objetivo de costos mucho más exigente que cualquier cosa que pueda necesitar un mero programa de exploración. Incluso por un precio elevado, como $ 300 millones por astronauta.
La NASA aprovecharía la oportunidad de enviar a su gente a Marte para explorar. Pero ese precio de vuelo no funcionaría para nadie que quisiera ofrecerse como voluntario para ser un colono de Marte. Para que el asentamiento en ese planeta sea factible, el precio del boleto de Starship debe ser lo suficientemente barato como para que lo pueda pagar una persona de clase media.
Exploración robótica y humana
A diferencia de la NASA que analiza durante años o décadas cualquier prueba de vuelo, el enfoque de Musk es construir, lanzar, estrellar, solucionar problemas y luego volver a intentarlo. Musk apunta a mayores altitudes y una mayor perfección operativa hasta que su equipo pueda hacerlo con los ojos vendados. SN16 y SN17, que incorporan aún más avances al SN15, están casi completos.
Que un programa espacial sea apoyado, no por tres o cuatro vehículos de vuelo, sino por decenas de ellos, y eventualmente cientos, es revolucionario. Los ascensos de naves estelares se contarán en tarifas por semana, o incluso por día. La tasa de vuelo promedio del Shuttle significaba que, con un costo anual del programa de $ 4 mil millones por año, el costo real era la friolera de $ 1 mil millones. Un ferrocarril transorbital Starship, que emplea a 5.000 personas, costaría aproximadamente esa cantidad por año.
Musk tiene como objetivo gestionar 200 vuelos, lo que es posible con 20 naves espaciales operativas. Cada una de las cuales gira para volar de nuevo cada 36 días. Eso equivaldría a $ 5 millones por vuelo, 1/200 del costo del transbordador con cinco veces su carga útil, para una mejora total de mil veces.
Los beneficios de Starship para la exploración robótica y humana son muy amplios. La reciente llegada a Marte del Perseverance, permite entregar una tonelada a la superficie del Planeta Rojo. Starship, con su capacidad de 100 toneladas, puede aterrizar un batallón de robots. Esto podría incluir muchos exploradores de Perseverance y versiones mucho más grandes del helicóptero Ingenuity. Los rovers más pequeños armados con cámaras de alta resolución podrían mapear el área, transmitir a la Tierra y permitir que millones de científicos y ciudadanos recorran el paisaje en forma virtual.
Los rovers son maravillosos, pero no pueden resolver las preguntas científicas sobre Marte. ¿Es la vida exclusiva de la Tierra o también apareció en Marte? Si es así, ¿utilizó el mismo sistema de información de ADN-ARN o algo más? ¿Es la vida como la conocemos en la Tierra o es solo un ejemplo particular extraído de un vasto tapiz de posibilidades? Encontrar evidencia de vidas pasadas requiere la búsqueda de fósiles.
Mayor investigación del universo
Pero hay más, adiciona Zubrin en su artículo, Starship no solo nos dará la capacidad de enviar exploradores humanos a Marte, la Luna y otros destinos en el sistema solar interior. También ofrecerá un aumento de dos órdenes de magnitud en la capacidad operativa general para hacer prácticamente cualquier cosa en el espacio.
Eso incluye apoyar un programa muscular de sondas para el sistema solar exterior. Hacer que todo tipo de investigaciones experimentales en la órbita de la Tierra sean económicas. Y permitir la construcción de telescopios espaciales gigantes. Gran parte de nuestro conocimiento de la física proviene de la astronomía. Esto es así porque el universo es el mejor y más grande laboratorio que existe. No hay mejor lugar para hacer astronomía que el espacio. El telescopio espacial Hubble de 2,4 metros ha realizado descubrimientos extraordinarios. ¿Qué podríamos aprender una vez que seamos capaces de construir telescopios de 2,4 kilómetros en el espacio profundo? Las posibilidades son literalmente inconcebibles.
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