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La empresa ULA (United Launch Alliance) -una unión de Lockheed-Martin y Boeing para ofertar comercialmente los lanzadores Atlas V y Delta IV- acaba de publicar un estudio (Affordable Exploration Architecture) donde presenta un plan para viajar a la Luna usando cohetes de potencia media. Esta arquitectura lunar no requeriría el uso de un cohete gigante como el Ares V del Programa Constellation. Ni siquiera necesitaría un lanzador de tipo HLV o Ares IV. Para poder conseguir poner un hombre en la Luna con unos lanzadores tan modestos, el plan se basa en el uso de depósitos de combustible situados en el punto de Lagrange L2, un concepto que pudimos ver en numerosas propuestas presentadas ante la Comisión Augustine el pasado mes de agosto.

La idea de los depósitos orbitales se basa en un hecho muy simple: el 70-75% de la carga útil que se lanza a la órbita baja (LEO) es combustible. Usando múltiples lanzamientos de vectores medianos como el Delta IV o el Atlas V es posible poner en órbita el combustible necesario para una misión lunar sin necesidad de un cohete gigante. A cambio, se tendrían que realizar numerosos acoplamientos automáticos y trasvases de combustible en órbita.

Pero veamos en detalle en qué consiste la propuesta de misión lunar:

El núcleo de la arquitectura se basa en el empleo de etapas superiores del tipo ACES (Advanced Common Evolved Stage). Esta etapa es criogénica (emplea hidrógeno y oxígeno líquidos) y deberá sustituir en el futuro a las etapas superiores de los lanzadores de ULA. Viene en dos versiones: ACES 41 (41 toneladas de combustible) y ACES 71, una versión agrandada del ACES con 71 toneladas. En una misión lunar, las etapas ACES funcionarían como el módulo de servicio de la nave Orión, la etapa de descenso del módulo lunar Altair y como etapa de inyección translunar (sustituyendo a la EDS del Programa Constellation).

Etapa ACES 41 (ULA).

Etapa ACES 71 (ULA).

La nave Orión usaría una etapa ACES 41 como módulo de servicio, más un pequeño módulo con sistemas de soporte vital (módulo ECLSS). Esta nave sería lanzada por un cohete Atlas V.

La nave tripulada Orión/ACES (ULA).

El módulo lunar Altair también emplearía una ACES 41 como etapa de descenso, tanto en su versión tripulada como en la de carga. El diseño del Altair se vería profundamente modificado por el uso de esta etapa y tendría una apariencia muy distinta a las últimas propuestas, con una configuración en horizontal. Este tipo de configuración para el módulo lunar ya ha sido propuesto anteriormente por Lockheed-Martin. La etapa ACES 41 usada con el Altair tendría motores adicionales para facilitar la fase final de descenso. El módulo lunar sería lanzado mediante un Delta IV Heavy.

Módulo lunar Altair en versión de carga y tripulada (ULA).

Los siguientes elementos de la arquitectura lunar están formados por una etapa ACES 71 lanzada mediante un Atlas V para llevar combustible y dos depósitos espaciales, formados a su vez por una etapa ACES 41 reformada para transportar oxígeno líquido únicamente y una ACES 71 cargada con hidrógeno líquido. Habría dos depósitos de este tipo: uno en LEO (LEO Depot) y otro localizado en el punto de Lagrange L2 (L2 Depot). Ambos tendrían sistemas especiales para permitir el trasvase de combustible y mantener las bajas temperaturas del hidrógeno líquido. Serían lanzados por un Atlas V.

Concepto de depósito de combustible usado en órbita baja y en L2 (ULA).

Resumen de los vehículos de esta arquitectura lunar (ULA).

Una misión lunar seguiría la siguiente secuencia:

Dos cohetes Atlas V (u otro lanzador privado) lanzarían sendas etapas ACES 71 hasta el depósito localizado en LEO para trasvasar combustible, con una carga de 26 toneladas por lanzamiento. Una tercera etapa ACES 71 se acoplaría para cargarse de combustible y seguir hasta el depósito L2. Allí trasvasaría al depósito unas 30 toneladas de combustible. Serían necesarias 40 toneladas para el viaje LEO-L2.

El módulo lunar Altair, con una masa de 36 toneladas, sería puesto en órbita baja mediante un Delta IV Heavy. Allí se acoplaría al Depósito LEO y se cargaría con 30 toneladas de combustible para partir hasta L2, donde se acoplaría con el Depósito L2 para cargar más combustible. La masa de Altair en la superficie lunar sería de 40 toneladas y se podría usar parte de esta capacidad para crear un depósito de combustible en la Luna. La etapa de ascenso también usaría combustibles criogénicos, que se emplearían para abastecer las células de combustible durante la noche lunar.

Una nave Orión y el módulo lunar Altair acoplados al Depósito L2 (ULA).

Alunizaje del Altair (ULA).

Despegue desde la superficie lunar en la etapa de ascenso del Altair (ULA).

Resumen de la compleja arquitectura lunar (ULA).

Si el plan se ejecuta sin problemas, los lanzamientos con combustible se podrán realizar de forma independiente de las actividades tripuladas con la Orión. Antes de efectuar una misión tripulada, se llevarían a cabo varias misiones del Altair en modo automático. Llegado el momento, la Orión/ACES despegaría en un Atlas hacia la LEO, donde se acoplaría al depósito de la órbita baja. De allí viajará hasta L2 en una trayectoria rápida, tardando cuatro días. La Orión trasvasaría el combustible restante al Depósito L2, para minimizar así las pérdidas por evaporación. Durante el periodo que el Orión/ACES permanezca acoplado al depósito, éste será el encargado de suministrar energía eléctrica y otras funcionalidades. La tripulación se trasladaría (¿mediante EVAs?) al Altair, que estaría también acoplado al Depósito L2.

Tras su estancia en la superficie de nuestro satélite -cuya duración estaría limitada por la cantidad de combustible extra que puede llevar el Altair-, la tripulación volvería a L2 en la etapa de ascenso. Esta etapa usaría 12 pequeños motores criogénicos de 500 kg de empuje cada uno. Mientras, la nave Orión/ACES debería ser cargada de combustible al 10% de su capacidad, suficiente para partir hacia la Tierra. En caso de emergencia, la Orión sería enviada hacia la órbita lunar en modo automático con más combustible del habitual, donde se acoplaría con la etapa de ascenso del Altair antes de poner rumbo a la Tierra de forma directa, de modo similar a una misión Apolo.

El diseño de esta arquitectura lunar es sólido, pero también lo son los inconvenientes. Uno de los principales escollos es el desarrollo de la tecnología necesaria para mantener propergoles criogénicos en estado líquido durante largos periodos, especialmente en lo que respecta a la estancia en la superficie lunar. ULA afirma que es capaz de desarrollar estas tecnologías en poco tiempo y dentro de un presupuesto razonable, aunque habrá que ver si esto es cierto.

Pero es el alto número de lanzamientos la causa principal de que esta arquitectura tenga un alto número de detractores. De hecho, el estudio reconoce esta debilidad y sugiere que el empleo de un lanzador de 50-80 toneladas de capacidad en LEO sería ideal para estas misiones. Si observamos los datos del estudio, vemos que durante el primer año serían necesarios nada más y nada menos que 22 lanzamientos para preparar la infraestructura, incluyendo dos módulos Altair (uno de carga y otro tripulado). El segundo año de operaciones se necesitarían 30 lanzamientos para efectuar tres misiones tripuladas a la Luna de cuatro meses de duración cada una. Las misiones se llevarían a cabo de forma continuada y durante diez días conviviría la tripulación entrante con la saliente. Durante el tercer año de operaciones la estancia podría ampliarse a 5 meses, aunque el ritmo de lanzamientos sería similar. Y, por supuesto, no nos olvidamos del tema económico. Aunque esta propuesta puede resultar más barata en un principio según ULA -algo que está por demostrar-, requeriría igualmente un aumento del presupuesto de la NASA.

Sin más datos, resulta complicado evaluar la viabilidad de esta arquitectura, pero está claro que ahora más que nunca es necesario buscar alternativas al Proyecto Constellation si queremos salir de la órbita baja.