SpaceX y Blue Origin: las naves que nos regresarán a la Luna

as12 46 6813orig

Han pasado más de cincuenta años desde que humanos caminaron por la superficie lunar. El mundo está presenciando el inicio de una carrera por llegar primero a la Luna. Esta es liderada por Estados Unidos y China, quienes con colaboraciones internacionales buscan demostrar su poder económico e industrial. Por parte de EE. UU. SpaceX y Blue Origin serán las encargadas de regresar a personas a la Luna.

20200730173659 aa053419 scaled
Astronauta Eugene Cercan sobre el rover lunar con el módulo lunar de fondo en misión Apolo 17, la sexta y última vez que humanos pudieron caminar por la superficie lunar.

Explorando lo desconocido

Uno de los mayores retos de la exploración lunar tripulada es el diseño, construcción y operación de la nave encargada de descender hasta la superficie. Buscando optimizar la mayor capacidad de carga posible, pero teniendo en total poca masa. Debido a la ausencia de atmósfera, los módulos lunares cuentan con formas no aerodinámicas y con apariencias muy diferentes a las que encontramos en la Tierra.

El módulo lunar de las misiones Apolo es el claro ejemplo de cómo el ambiente lunar requiere de soluciones diferentes. Este contaba con una extraña figura que recuerda en cierta medida a un virus, así como una capa de aislantes térmicos que se asemejan visualmente al cartón y el papel aluminio. Sin embargo, era una increíble y compleja nave que cumplió sus objetivos y permitió a doce hombres caminar por la Luna.

032
Fotografía del módulo lunar Spider en órbita baja terrestre tomada durante la misión Apolo 9, cuyo objetivo era probar la nave al ser tripulada en el espacio y preparar el camino para el primer alunizaje.

Todo lo mencionado a continuación está sujeto a constantes cambios a lo largo de los próximos años. Bien sea por modificaciones en los planes actuales o por un mayor conocimiento del perfil de misión empleado por las empresas.

Gateway: una estación espacial orbital lunar

Mientras en el programa Apolo toda la misión se realizaba en un único lanzamiento de un cohete Saturno V, las misiones Artemisa desean aprovechar la variedad de cohetes y contratistas que han surgido en los últimos años. Además, en el camino de convertir a los viajes lunares en estadías de larga duración se va a construir una estación espacial en órbita lunar.

iac7 alt set2 gateway hero shots 3
Recreación digital desactualizada de la estación orbital lunar Gateway con la Luna de fondo. En esta hay un modelo previo del módulo lunar, una nave de abastecimiento, otros módulos genéricos y una nave Orión acopladas. Créditos: NASA.

Esta infraestructura permite misiones con una mayor complejidad. Por ejemplo, en vez de limitar el tamaño y peso del módulo lunar a un vuelo compartido con la cápsula tripulada, se puede aprovechar la capacidad máxima de carga en dos cohetes diferentes y, por ende, llevar naves más grandes y sin tantas limitaciones. Ambas se acoplarían a Gateway, donde la tripulación aborda el aterrizador y bajan al polo sur lunar. Finalizada la expedición en la superficie regresarán a la estación y luego a la Tierra en la nave Orión.

Starship HLS

SpaceX es una empresa conocida por sus cohetes reutilizables Falcon 9 y Falcon Heavy, actualmente están desarrollando el conjunto Starship, compuesto por el propulsor Super Heavy y la nave Starship, qué juntos alcanzan los 120 metros de altura. Si bien su fin es poder llevar a la humanidad a Marte, será partícipe del regreso de humanos a la Luna.

En 2021 la NASA le otorgó a SpaceX un contrato por 2.89 mil millones de dólares para dos misiones de alunizaje, una de prueba y otra tripulada. Para esto se va a construir una versión modificada de la Starship cuyo objetivo es funcionar en el ambiente lunar y llevar entre 100 y 200 toneladas de carga, con la posibilidad de ser reutilizada.

Homepage Desktop 5ebdeb0c6c scaled
Recreación digital del módulo lunar Starship HLS en la superficie lunar con equipo y tripulación desplegada en la parte inferior para dar una idea de la escala. Créditos: SpaceX

Para estos vuelo se le quitarán las superficies aerodinámicas, aletas, y el escudo térmico. Cuenta con una estructura de 50 metros de acero inoxidable y una cubierta de pintura blanca; para minimizar el calentamiento por exposición al Sol. En su parte superior muestra una banda azul compuesta por paneles solares que suministran energía a toda la nave. Mientras la parte inferior son tanques, la mitad superior será un espacio presurizado. Los astronautas deberán usar un ascensor para descender a la superficie lunar.

El diseño original de SpaceX ubica tres motores Raptor normales y tres motores Raptor de vacío en la parte inferior, pero esto supone un gran desafío frente a la interacción entre el regolito lunar y los gases expulsados.

Repostaje orbital

El transporte de grandes cargas está fuertemente limitado por los combustibles químicos. Una misión lunar con Starship requiere de múltiples lanzamientos consecutivos. El primero de ellos sería una nave despojada de aletas y escudo térmico, cuyo objetivo es servir como almacenamiento o depósito orbital de combustible y oxidante. Mismo que sería transferido a partir de entre tres y siete naves de abastecimiento.

Finalmente, la variante lunar despegaría y acoplaría al depósito. Una vez transferido el combustible puede dirigirse a la Luna y acoplarse a Gateway, para recibir los astronautas y llevarlos hacia y desde la superficie.

Blue Moon Lander

Como continuación, respaldo y apoyo, la NASA diseñó un programa en paralelo al HLS cuyo objetivo es transportar tripulación a la Luna de forma sostenible posterior a la misión Artemisa IV. Fue así como en mayo de 2023 el equipo liderado por Blue Origin fue ganadora del contrato de SLD por 3.2 millones de dólares.

webheader bluemoon scaled
Recreación digital del diseño actual del módulo lunar Blue Moon Lander de Blue Origin. Este tiene una altura de aproximadamente un tercio la de Starship HLS. Créditos: Blue Origin.

Para esto trabajarán en la previa idea de la empresa para llevar cargas a la Luna, el llamado Blue Moon. El cual, para el caso de las misiones Artemisa, llevará el nombre de Blue Moon Lander. Contrario al diseño de la Starship o el módulo lunar de las misiones Apolo, este llevaría la tripulación en la parte inferior de la nave, mientras los tanques de combustible estarían en la superior.

El perfil de misión también aprovecharía el repostaje en órbita, gracias al lanzamiento de una nave de carga y el aterrizador desde el gran cohete New Glenn de Blue Origin. Sin embargo, la información pública al respecto es todavía muy limitada.

Combustión en el vacío

El ambiente en el cual deben operar las naves carece de aire y, por ende, de oxígeno. Forzando a cargar no solo el combustible, sino también el oxidante. Mientras Starship emplea metano y oxígeno líquidos, Blue Moon usa hidrógeno y oxígeno líquidos. A diferencia de la hidracina y el tetróxido de nitrógeno, empleados en las misiones Apolo, estos presentan un reto a la hora de almacenarlos y evitar su ebullición.

Es necesario encontrar un método de refrigeración para mantener el propelente y oxidante a temperaturas de 20 kelvin durante días o semanas. Aunque los equipos necesarios agreguen peso extra a la nave, se compensa con la ganancia de eficiencia.

Por parte de SpaceX todavía no hay información al respecto, sin embargo, Blue Origin anunció el desarrollo de un enfriador criogénico impulsado por energía solar. Los resultados de estos trabajos abren no solo las puertas de la exploración espacial humana, sino que ofrece los primeros pasos necesarios para futuras naves impulsadas por energía nuclear.

qqBFPaKZeLWwZ9NekASk5V 1200 80.jpg 1
Mapa del polo sur (izquierda) y polo norte (derecha) de la Luna, donde las zonas azules representan los depósitos de hielo.

Además de la eficiencia de la mezcla de oxígeno e hidrógeno, se espera en las próximas décadas explorar el polo sur lunar. Esto debido a la detección de grandes cantidades de hielo en zonas de constante oscuridad. A partir del agua congelada se pueden obtener ambos elementos, así como aprovecharlos para generar energía o alimentar sistemas de soporte vital para los astronautas.

La carrera por la Luna

Aunque originalmente ambas propuestas competían entre sí, SpaceX y Blue Origin esperan volar para finales del 2025 y no antes del 2029 respectivamente. Sin embargo, fuera de los objetivos de NASA cada una tiene un plan de exploración lunar en paralelo. Ambas cuentan con grandes retos a los cuales enfrentarse, y de camino desarrollar tecnologías que pueden aplicarse en nuestra vida diaria.

Francisco Andrés Forero Daza
Sígueme 😉