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Thursday, December 27, 2007

Los problemas de Altair

El otro día hablábamos de las nuevas imágenes no oficiales del módulo lunar Altair. Aunque muchos dan por sentado el diseño de este vehículo, lo cierto es que esta nave se enfrenta a unos serios problemas conceptuales muy graves. Primero, recordemos que todavía no existe ningún contrato para su construcción, es decir, su futuro depende del cohete gigante Ares V y el programa lunar (dentro del marco VSE), elementos todos que podrían ser cancelados (o transformados) en un futuro próximo, especialmente tras las elecciones presidenciales en los EE.UU.

Pese a todo, la agencia estadounidense se está preparando para cuando llegue la hora de otorgar un contrato para esta nave y especificar las características básicas que debe cumplir. Hace ya unos meses, la NASA llevó a cabo el LDAC-1 (Lunar Design and Analysis Cycle), que no es más que una serie de reuniones para determinar las características generales básicas que debería cumplir un módulo lunar. Los resultados no fueron muy alentadores, pues las propuestas presentadas, aunque realistas, se apartaban mucho de los ambiciosos prototipos presentados con anterioridad.




Concepto de módulo lunar minimalista (fuente) diseñado tras el LDAC-1: hace uso de combustibles criogénicos en la etapa de descenso e hipergólicos (o metano y LOX) en la etapa de ascenso, que podría estar despresurizada. Veo difícil que cuatro personas puedan vivir en "esto" durante un mes.

El problema de base es que Altair debe cumplir una serie de requisitos incompatibles entre sí, a diferencia del módulo lunar del Apolo. En este programa, el módulo lunar, aunque muy importante por razones obvias, era un elemento secundario frente al módulo de mando y servicio (CSM), el verdadero "corazón" del Apolo. Sirva como comparación la masa de ambos vehículos: 30 t para el CSM y 15 t para el LM.

Por contra, en el Programa Constellation, la masa de la nave Orion se ve limitada a unas 25 t por el cohete Ares I, es decir, pese a tener una cápsula de casi 10 t (4 t más que el CM del Apolo), la masa total de la nave será inferior al CSM, lo que significa que Altair deberá ser el encargado de frenar al conjunto en órbita lunar, tarea que en las misiones Apolo realizaba el CSM. Además, en el interior de Altair deberán vivir cuatro astronautas durante semanas o meses, por lo que los requisitos de masa útil se disparan. Resumiendo, aunque la NASA pensó en un principio que Altair podía cumplir con su misión con una masa de 45 t, lo cierto es que la mayoría de expertos están de acuerdo en que será necesario un vehículo de 50-60 t como mínimo. Las opciones a esta encrucijada son varias:
  • Aumento de la capacidad del Ares V: este cohete podrá poner en órbita baja 130 t, frente a las 118 t del Saturno V. Aumentar la carga útil supondría aumentar también el coste de un proyecto de por sí carísimo y con altos riesgos de ser cancelado en cualquier momento.
  • Reducir la tripulación: el número de cuatro astronautas se eligió por dos motivos. Uno era garantizar 24 horas de investigación en la superficie lunar trabajando por turnos. El segundo y principal es de naturaleza política: había que marcar distancias con el Apolo. Mandar dos astronautas sería perfectamente válido y permitiría reducir drásticamente la masa útil de Altair, pero las similitudes con el Apolo serían demasiado obvias. No sería de extrañar que en los próximos años la NASA se plantee reducir la tripulación a tres o dos personas.
  • Uso de combustibles criogénicos: la NASA ha optado desde un principio por usar hidrógeno y oxígeno líquidos para el Altair, debido a su alto rendimiento, lo que a su vez permite transportar más masa útil. El problema es que estos combustibles se almacenan a bajísimas temperaturas y se acaban evaporando. Para la inserción en órbita lunar o el alunizaje, no hay problema en usarlos, pero a la hora de regresar a la órbita lunar tras varios meses es necesario desarrollar la tecnología para mantener estos combustibles en estado líquido. Por si fuera poco, los motores con combustibles criogénicos son mucho más complejos (y por tanto más propensos a sufrir fallos) que los que usan combustibles hipergólicos. Por eso, tras el LDAC-1 la NASA ve cada vez con mejores ojos el uso de combustibles hipergólicos para la etapa de ascenso. Sin embargo, puesto que éstos son mucho menos eficientes, esta etapa deberá ser lo más pequeña posible, lo que tiene implicaciones negativas en la seguridad. De hecho, algunas propuestas sugieren una etapa de ascenso despresurizada en la que la tripulación se montaría sólo para regresar a la órbita lunar y acoplarse con la nave Orión, de forma parecida a la Gemini LOR de mediados de los años 60.
El problema de usar una etapa de ascenso pequeña, seguridad aparte, es que sería más difícil usar Altair como módulo de carga para una posible base lunar. Además, como es muy complicado que cuatro astronautas vivan durante meses en un espacio tan reducido, habría que crear un hábitat separado dentro de la nave, lo que dificulta el diseño. Otra opción sería enviar previamente otro módulo hábitat no tripulado, pero esto aumentaría los costes de una misión y su complejidad. Otro problema es la fuente de energía: al usar combustibles criogénicos, Altair podría emplear células de combustible, siempre y cuando se desarrolle la tecnología para mantenerlos en estado líquido. Si no es así, debería depender de RTGs o paneles solares. Esto último sería muy complejo en la Luna, pues allí la noche dura como término medio unas dos semanas.

En definitiva, cada vez parece más evidente que el futuro del programa lunar de la NASA depende del diseño de Altair. Si la NASA no logra dar en los próximos años con una propuesta que satisfaga las distintas demandas para esta nave dentro del limitado presupuesto que dispone, podemos despedirnos de ver a un hombre en la superficie lunar para 2020.


Concepto artístico del Altair basado en la premisa de minimizar la etapa de ascenso.


El "tren lunar" Orión-Altair.


Detalle de la imagen anterior donde se aprecia la esclusa/hábitat separada de la etapa de ascenso.

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