La ISS como plataforma para explorar el Sistema Solar

Por Daniel Marín, el 1 septiembre, 2011. Categoría(s): Marte • NASA • Rusia • Sistema Solar • sondasesp ✎ 44

«¿Por qué no usamos la estación espacial internacional como una nave interplanetaria?». Esta es quizás una de las preguntas más habituales que se suele escuchar en los círculos de aficionados a la astronáutica. En realidad, la ISS nunca fue diseñada para viajar más allá de la órbita baja (LEO), así que mejor nos olvidamos de emplear la mayor estructura espacial creada por el hombre para trasladarnos por el Sistema Solar. O quizás no. Puede que después de todo sí que seamos capaces de buscarle algún uso de cara a los viajes interplanetarios.

¿Podríamos usar la ISS como astillero espacial en órbita baja? (NASA).

Tras la cancelación del Programa Constellation, la NASA lleva años buscando posibles objetivos para misiones fuera de la órbita baja que no requieran el uso de grandes naves con enormes cantidades de combustible. Eso deja fuera la superficie lunar o la marciana, pero a cambio podríamos enviar misiones tripuladas a los puntos de Lagrange, a un asteroide cercano o a la órbita de Marte.

Requisitos para alcanzar los puntos de Lagrange del sistema Tierra-Luna (NASA/Michael Raftery).

Pese a ser objetivos modestos, este tipo de misiones requiere el uso de lanzadores enormes -y caros- similares al SLS o al desaparecido Ares V. Una forma de evitar el cuello de botella de los cohetes gigantes es utilizar la ISS para montar parte de nuestra nave interplanetaria empleando solamente cohetes de potencia media como el Protón ruso o el Atlas V norteamericano. Una vez la nave esté lista, podremos unirle un módulo de propulsión solar eléctrica con motores iónicos y ya está. El diseño más simple estudiado por la NASA requeriría solamente seis módulos con una masa total de 55 toneladas. Los elementos principales consistirían en un bloque central basado en los nodos de la ISS, un módulo hábitat -diseñado a partir de los MPLM– con víveres y sistemas de soporte vital y otro módulo de servicio con una esclusa y paneles solares. Por último se acoplaría una estación rusa de tipo DOS similar al módulo Zvezdá de la ISS. El módulo ruso aportaría sistemas redundantes, además de motores para maniobrar todo el conjunto. Acopladas a este complejo tendríamos dos naves para el transporte de tripulaciones, una Soyuz TMA y una Orión/MPCV.

 Nave para el espacio cislunar montada a partir de elementos de la ISS (NASA/Skip Hatfield).

El nodo sería el primer elemento en ser lanzado y utilizaría un Atlas V con un módulo de propulsión para alcanzar la ISS (NASA/Skip Hatfield).

El módulo hábitat tendría en su interior los camarotes de la tripulación, sistemas de soporte vital y víveres (NASA/Skip Hatfield).

El módulo de servicio incluiría radiadores, paneles solares y una esclusa para acceder al espacio exterior (NASA/Skip Hatfield).

Diseño modular para la plataforma de propulsión eléctrica solar con motores iónicos encargada de sacar el conjunto de LEO (NASA/Michael Raftery).

Los módulos de diseño norteamericano se ensamblarían en la ISS usando lanzadores Atlas V. Una vez finalizada esta etapa, se acoplaría una nave Orión y el conjunto se separaría de la ISS para permitir el acoplamiento del módulo ruso. Entonces se uniría la etapa de propulsión solar eléctrica de 400 kW que habría sido lanzada previamente. Poco después, la nave pondría rumbo al espacio cislunar o a un asteroide cercano.

Los módulos norteamericanos se unen al módulo ruso en LEO (NASA/Skip Hatfield).

La etapa de propulsión eléctrica sería el último elemento en acoplarse al conjunto (NASA/Skip Hatfield).

La nave cislunar lista (NASA/Skip Hatfield).

El primer objetivo de una misión de este tipo podrían ser los puntos de Lagrange del sistema Tierra-Luna, muy fáciles de visitar si empleamos una órbita de baja energía. Este tipo de trayectoria requiere a cambio aumentar la duración del tiempo de vuelo de forma considerable (semanas o meses en vez de días), pero podemos aprovechar esta circunstancia a nuestro favor con el fin de probar la tecnología necesaria para viajes tripulados interplanetarios, incluyendo sistemas de soporte vital avanzados y medidas activas contra la radiación. La etapa de propulsión eléctrica podría regresar a la ISS para ser cargada de combustible antes de regresar otra vez al espacio profundo para recoger a la estación cislunar (o bien se podría emplear una segunda etapa de propulsión eléctrica).

 Órbitas de halo alrededor de los puntos de Lagrange Tierra-Luna (NASA/Michael Raftery).


Trayectoria para alcanzar los puntos de Lagrange EML-1 y EML-2 usando propulsión eléctrica (ESA).


Tiempo de vuelo a los puntos de Lagrange lunares usando propulsión eléctrica en función de la masa y de la potencia del sistema (ESA).

Esquema de exploración de la Luna usando la etapa eléctrica (NASA/Michael Raftery).

 La ISS ya cuenta con algunos sistemas de soporte vital redundantes que podrían ser utilizados en una misión interplanetaria, como es el caso de los aparatos que generan oxígeno a partir del agua no potable (Elektron) o los que se emplean eliminar el dióxido de carbono (Vozdukh). No obstante, habría que desarrollar nuevas tecnologías menos dependientes de los suministros terrestres, además de estudiar los efectos de la microgavedad en el ser humano a largo plazo, una línea de investigación que desgraciadamente ha sido abandonada (el récord de permanencia en el espacio sigue en posesión de Valeri Poliákov después de 16 años).

Sistemas de la ISS para generar oxígeno (NASA/Michael Raftery).

Sistemas de la ISS encargados de eliminar el dióxido de carbono (NASA/Michael Raftery).

Si queremos viajar a los asteroides cercanos (NEOs) o a la órbita marciana, se podría emplear la misma tecnología como punto de partida, aunque habría que crear sistemas de propulsión más potentes y ampliar el número de módulos de nuestra nave. En este caso, debemos tener en cuenta que estamos hablando de misiones con una duración de uno a varios años.

Modelo de módulo hinchable para misiones interplanetarias (NASA/Michael Raftery).

Ejemplo de misión a un NEO de un año de duración con un módulo más grande y una etapa de propulsión eléctrica adicional (NASA/Michael Raftery).

Una hipotética misión a Marte empleando esta tecnología (NASA/Michael Raftery).

Posible calendario para este tipo de misión (NASA/Skip Hatfield).

Por supuesto, estos planes son en la actualidad una quimera, pero lo importante es que nos demos cuenta de la facilidad con la que podríamos viajar por todo el espacio cislunar utilizando tecnología que tenemos al alcance de la mano. Sin embargo, la idea de emplear la ISS como astillero orbital tiene sus inconvenientes, por supuesto. Por ejemplo, la puesta en órbita de la etapa de propulsión iónica requeriría numerosos lanzamientos de cohetes convencionales, por lo que este tipo de misión no sale «gratis» en términos energéticos, ni mucho menos. Pero nadie dijo que salir de nuestro planeta fuese una tarea fácil…



44 Comentarios

  1. Me recuerda a 2010 de Clark.

    Y si luego de ser completada, la estacion espacial china devela motores ocultos y se dirige hacia Europa?

    😛

    Que/cuanta propulsion seria necesaria para «empujar» a la ISS como esta, entera, hacia «el infinito y mas alla» ?

  2. donde dice :

    «Una forma de evitar el cuello de botella de los cohetes gigantes es utilizar la ISS para montar parte de nuestra nave interplanetaria empleando solamente cohetes de potencia media como el Protón ruso o el Ares V norteamericano.»

    no deberia acabar como «o el Atlas V norteamericano»

  3. En tiempos de vacas flacas hay que agudizar el ingenio si se quiere salir adelante, en vez de utilizar la fuerza bruta como se hizo con Apolo y construir un cohete gigantesco mejor utilicemos los depositos orbitales, a la ISS como punto de ensamble y cohetes menos potentes (el Falcon Heavy sería el ideal para ello), eso si la energía nuclear es esencial. Y empecemos a trazar un plan para salir de LEO realmente viable de una buena vez, aunque sea con el camino flexible.

  4. Una maravillosa locura, pero supongo que antes de mandar a este «destructor imperial» habría que hacer algunas misiones mas pequeñas para aprender mas sobre los viajes fuera de la órbita baja. Las misiones Apolo fueron muy cortas y por ejemplo no se pudo valorar los efectos de la radiación a largo plazo.

  5. Unas ideas muy interesantes, el destino de una estacion espacial en orbita debe ser el montar sistemas para la exploracion del espacio, el problema seria la financiacion y la cooperación entre tantos paises. una o dos naciones jamas podran hacerlo solas. ojala algo de esto vea la luz algun dia.

  6. Interesante, el reciclaje espacial se pondra de moda luego de los recortes presupuestarios. Quizas empecemos a utilizar cosas de los programas Apollo. Pero en serio me parece una excelente idea y desde ese punto de partida se podra desarrollar todo un completo programa de exploracion espacial.

  7. Usar La estación espacial internacional como astillero y/o puerto espacial sería una extensión lógica para lo que ya se tiene construído en órbita. Daría uso y continuidad a la ISS, ni qué decir que dá la oportunidad a otras naciones de embarcarse en la aventura/industria espacial, lo que motivaría avances en varios ámbitos en el asunto espacial. Y los diseños de las naves bien pueden ser lo bastante modulares, para que se puedan armar, desarmar, y volver a armar «modelos» más capaces (con añadir otras partes necesarias) de naves para misiones más ambiciosas

  8. Es como tener una casa rodante espacial, siempre me ha intrigado que para una misión Lunar a un NEO o a Marte inclusive a Júpiter, sería algo al estilo de lanzar una Estación Espacial Movil, con una segunda carga que se lanzaría después por ejemplo, tomando el mismo ejemplo que propones, se´ria que la estación espacial (que en este caso se´ria pequeña como la que planifican las compañías privadas aerospaciales pero que a su vez sea una nave espacial no tripulada hasta cierto punto, y que su misión se encargaría se ser puesta en orbita rumbo a Marte 1 año antes de la misión principal; luego un pequeño Módulo orbital al estilo de alguna de las secciones de la ISS con su respectiva esclusas para acoplamiento y sumemosle sus paneles Solares, la adición de la esclusa para acoplar una Nave de emergencia, otra para el Modulo Habitat (Si tomamos La Luna o Marte cuando este se utilize para descender o sea, un especie de Módulo Lunar o Marciano se´gun el caso) pero en el caso de Marte, si se planea desender cuando la misión llegue a la Estación Espacial desechable como yo llamaría a este modulo que en un inicio sería no tripulado, o sea lo que yo llamo Estación Espacial Movil, y que mencionaba al inicio que sería lanzada un año antes, el modulo de descenso planetario si desendiese en Marte, para ahorrar combustible en el descenso, podríamos planificar una capsula/laboratorio de descenso que a su vez tiene una nave de regreso a la orbita, bajaría a Marte o a la Luna en Paracaidas, (si es el caso de la Luna se reemplazaría por una retro propfulsión como el Módulo Lunar, incluso válido para misiones a los NEO) pero en el caso de la Misión a Marte, dicha capsula o módulo de descenso planetario se´ria basado al utilizado a algunas sondas que operan hoy endía en marte, tras lanzar paracaidas para frenar el descenso, se infla´ria una bolsa para proteger la tripulación y los instrumentos, para que rebote en el lugar exacto tras finalizar los rebotes y soportar la caida, se desinflaría pero de manera que la nave tras el fin de dicha misión (Pod´ria ser un módulo en forma de Icosaedro para determinar la estructura de habitat temporal y de soporte aerospacial, y con una testructura esférica interna para la nave de regreso, más o menos como algo planificado con las minisondas Phobos rusas combinadas a las recientes sondas espaciales que llegaron a Marte que utilizaron un sistema como el que menciono) y así poder cumplir las misiones establecidas, claro está que cuando los astronautas de la misión que en este caso por lo menos debería ser de al menos 10 astronautas 5 son los que desenderían al Planeta Rojo o a La Luna o el NEO se´gun como se planifique y 5 serían las que permanecerían en la Estación orbital Movil. Y el Regreso solamente dispondrían de las capsulas (La de emergencia y la Principal (Por decir la que se utiliza como principal fuese el MPCV) y una sefunda MPCV (que tendría función de Nave de emergencia se separarían una vez finalizada la Misión de la Estación Espacial Movil No Tripulada (aunque si fuese tripulada puesto que fue donde permanecerían la tripulación para la misión respectiva) se abandonaria (Si es el caso de Marte o la Luna, en los NEO se podría traer de vuelta) (o se puede desechar o dejar para una segunda misión, sea como se pueda) y como de´cia se separan las dos capsulas de la Nave principal y con algunos de los sistemas de Paneles Solares (No todos si se planea dejar dicha estación orbital (solamente sie es el caso de Marte o la Luna) con alguna reserva de Energía) más un módulo de acoplamiento, y ambas naves unidas podrían regresar a casa (sin necesidad de traer la capsula o nave de regreso orbital con ellos) y llegarían al fin de su misión regresando a la ISS, y abordarían la nave de regreso a la Tierra, claro es´ta que es muy costoso como lo planteo, pero como dices para ir al espacio es más costoso de lo que uno realmente piensa… Por lo menos es mi idea casi similar a la que emcionas.

  9. Siempre me ha parecido una de las ideas más lógicas. Nunca he entendido la necesidad de dejar la ISS (o la base que sea) en LEO cuando podría impulsarse, al menos hasta la Luna.

    Entiendo que ahora mismo no está adaptada, sobre todo porque le debe faltar protección efectiva contra la radiación, pero conceptualmente no es un cambio radical, y si se va actualizando la base con módulos nuevos (como piensan hacer los rusos) o se crea una nueva base (como van a hacer los chinos), se puede prever ya de entrada.

  10. ¿No podría el motor VASIMR que deben instalar en breve ir modificando la órbita de la ISS hasta ponerla en una órbita cislunar? ¿Afectaría eso mucho a la llegada de tripulación y suministros?

  11. Me parece una idea muy lógica la de utilizar la ISS como astillero espacial. Es más, ya que la tenemos ahí, vamos a darle un mayor uso ¿no? Lo que no sé es si la propia estación estaría preparada para servir para esta tarea (aunque imagino que sí). Creo que la exploración espacial debe seguir el camino de colaboración abierto por la ISS, y que si todas las naciones (incluyendo china) ponen su granito de arena para lo más caro (los lanzamientos) creo que podríamos dar los primeros pasos hacia una auténtica expansión por el sistema solar. Lo que está claro es que más allá de LEO es demasiado caro para que una única nación o estado se encargue. En fin, tal vez la falta de presupuesto obligue a seguir el único camino viable y necesario para llegar más allá de la Tierra: La colaboración y el entendimiento…¿Lo veremos algún día?

  12. Gran parte del gasto economico de mantener la ISS en LEO se traduce en combustible que usan los modulos rusos en mantener la altura, empezar a pensar en una estacion espacial en un punto de Lagrange seria como minimo el paso lógico. Otro gasto es el sublimar agua para refrigerar la estación. Supongo que esto tambien deberia poderse optimizar el dia de mañana con tal vez unos radiadores bien grandes(cosa que a dia de hoy no se debe tener muy en cuenta puesto que añadiria mucho rozamiento y por lo tanto se necesitaria mas combustible para mantenerlo en orbita).

  13. Me gusta mucho el concepto. De este modo se podría plantear una nave que aunque se ensambla en un tiempo más largo, requiere lanzadores de tipo medio, y sus elementos son similares a los que conforman la ISS.
    Veo una ventaja adicional, que al ser modular se puede ir perfeccionando. Si en una primera etapa se pone un motor iónico, más adelante quizá puede incorporar un motor nuclear térmico, y si llegase a existir, un motor VASIMR…

    ¿Y podría añadirse un módulo lunar, por ejemplo, para que descendiese a la superficie de nuestro satélite?

    Si por mi fuera diría fuera SLS ya, y gaitas, y a montar una nave cislunar en óbita.

  14. Excelente Idea una nave espacial tipo lego, se diseñan los componentes, modulos habitables, de energia, cientificos, motores. Y despues se envian al espacio en cohetes pequeños y se ensamblan en el espacio automaticamente.

    Si se daña un modulo o motor, no hay que desacerse de la nave completa, solo del modulo (motor, habitable, energia, etc.) e incluso se puede ir mejorando solo con cambiar los modulos.

    Como los modulos se pueden usar para naves eapaciales o estaciones espaciales. Se pueden hacer en serie. ¿Por que hacer un modulo solamente si se pueden hacer varios por el mismo precio de desarrollo?

  15. Lo importante es que es una idea «vendible», el esfuerzo económico en realidad es lo de menos… ¿ no era NASA equivalente al gasto en aire acondicionado de las tropas USA en el extranjero ?. Hay varias tecnologías no probadas que serían necesarias. Para empezar habría que reactivar la misión de prueba de transvase de combustible en LEO, que acaban de cancelar. Y me temo que el asunto de la radiación no está resuelto ni siquiera sobre el papel.

    Una ventaja política que tiene el usar infraestructura en LEO para construir una nave de exploración es que se puede fraccionar el lanzamiento de su masa «en cómodos plazos».

    Lo que no sé es si valdría la pena gastar masa en sistemas de frenado para el viaje de vuelta. Porque si la ISS fuera también el puerto de salida, se podría reutilizar la nave.

  16. una vela solar lo suficientemente grande no seria capaz de mantener a la iss en la misma orbita siempre(rozamiento atmosferico negativo, empuje de vela positivo) asi evitariamos resubirla a la orbita cada poco tiempo

    y de paso meterle unos Vasimr para salir de LEO de verdad, otra idea es que a la iss se le puedan añadir zonas enteras dedicadas al turismo espacial sin que interactuen mucho entre varias zonas y de paso reembolsando dinerillo

    por cierto no hace mucho lei que el vasimr funcionaba muchisimo mejor de lo que se esperaba, esperemos que sigan con el desarrollo de este elemente que si no recuerdo mal es capaz de mandar al hombre a marte en solo 60 dias

  17. Un post fantástico, Daniel. Creo que voy a tener que leerlo varias veces.

    Siempre he pensado que la ISS era un embrión de nave espacial. Es gratificante leer noticias sobre su desarrollo. Creo que a todos nos gustaría verla algún día describiendo una orbita de enlace entre la tierra y la luna tras su nacimiento en LEO.

    Opino que utilizar como propulsión la energía solar es el camino correcto. (Producir electricidad mediante paneles solares para alimentar un motor de magnetoplasma tipo VASMIR que funcione por pulsos). No obstante, la tecnología de paneles solares actual ha de mejorar, pues los rendimientos que obtienen las mejores células son bajos (Pueden estar en un 25%). Y por otra parte, está el tema del reabastecimiento de propelente. Veo que los planes de futuro contemplan incluso reabastecimiento desde la luna (Que sería sumamente sencillo hasta L1, tan solo con un “lanzador”).

    Igual es una tontería, pero ¿Es factible, mediante una bomba de vacío y técnicas de frío, almacenar los gases de la ionosfera como propelente?

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Por Daniel Marín, publicado el 1 septiembre, 2011
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