Ixion: usando una etapa de cohete como módulo de la ISS

La NASA está buscando propuestas procedentes del sector privado para rentabilizar el uso de la estación espacial internacional (ISS) durante la próxima década. Esta estrategia intenta que la iniciativa privada asuma parte de las operaciones del segmento estadounidense de la estación mientras la NASA se centra en las misiones del cohete SLS y la nave Orión más allá de la órbita baja. O al menos ese es el plan. Hace poco pudimos ver las propuestas de Bigelow, Axiom y NanoRacks para añadir nuevos módulos a la ISS. Ahora, a estos conceptos se suma el novedoso módulo Ixion.

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El módulo Ixion acoplado a la ISS (Ixion/spectrum.ieee.org).

Ixion —no confundir con la empresa Axiom, que también ha propuesto un módulo para la ISS— es un módulo basado en la famosa etapa Centaur del cohete Atlas V. O mejor dicho, es una etapa Centaur modificada que se acoplaría con la ISS una vez agotado su combustible estando ya en órbita. De esta forma se podría aprovechar el tanque de hidrógeno, de 4 metros de diámetro y 54 metros cúbicos, como espacio útil (el hidrógeno tiene una densidad muy baja, de ahí que ocupe mucho volumen comparado con otros combustibles).

Etapa Centaur del Atlas V (ULA).
Etapa Centaur del Atlas V (ULA).

Por supuesto, a más de un lector del blog le sonará este concepto de usar las etapas superiores de cohetes como módulos. Es el famoso wet workshop, propuesto a principios de los años 60 por el Centro Marshall de la NASA para varios proyectos de estaciones espaciales estadounidenses, como el MORL (Manned Orbiting Laboratory) y el OWS (Orbital Workshop). El OWS acabaría transformándose en la estación Skylab. El Sakylab debía haber sido lanzado como la segunda etapa de un cohete Saturno IB, pero finalmente la NASA optó por una opción más conservadora y lo lanzó como un módulo seco usando un Saturno V. Por entonces quedó claro que el wet workshop era mínimamente viable si se usaba como espacio útil solamente el tanque de hidrógeno. Además del enorme volumen asociado con el tanque que ya comentamos, el hidrógeno es un elemento fácil de limpiar de cara al acondicionamiento del tanque como módulo orbital. Esta elección deja fuera a las etapas que usen combustibles hipergólicos o queroseno, de ahí que esta idea no fuese estudiada seriamente en la Unión Soviética. El wet workshop fue resucitado en varias ocasiones durante los años 80 para usar los tanques externos de los transbordadores como estaciones gigantescas, pero la idea fue abandonada una y otra vez.

Concepto wet workshop de Douglas de 1966 usando una S-IVB y naves Gémini o Apollo (NASA).
Concepto wet workshop de Douglas de 1966 usando una S-IVB y naves Gémini o Apollo (NASA).
OWS wet workshop de septiembre de 1968 (futuro Skylab) (NASA).
OWS wet workshop de septiembre de 1968 (Skylab) (NASA).
Uno de los muchos proyectos para usar el ET del shuttle como estación espacial (NASA).
Uno de los muchos proyectos para usar el ET del shuttle como estación espacial (NASA).
Un Atlas V con la etapa Centaur. En la parte superior se aprecia el tanque de hidrógeno líquido, en verde (Giuseppe De Chiara).
Un Atlas V con la etapa Centaur. En la parte superior se aprecia el tanque de hidrógeno líquido, en verde (Giuseppe De Chiara).

La empresa Ixion es un esfuerzo conjunto de NanoRacks, SSL —famosa constructora de satélites— y, por supuesto, ULA, la compañía que fabrica la etapa Centaur. Ixion recibe financiación de la NASA a través de la iniciativa NextSTEP (Next Space Technologies for Exploration Partnerships) para desarrollar nuevos hábitats espaciales. El módulo Ixion dispondría de un nodo en la parte superior dotado de un puerto de atraque CBM para el acoplamiento con uno de los módulos del segmento estadounidense (Harmony, Unity o Tranquility), un puerto andrógino para las naves tripuladas de nueva generación (Starliner y Dragon 2) y una esclusa para exponer experimentos al vacío. Ixion sería lanzado en una misión con una nave de carga Cygnus de Orbital ATK con equipos y sistemas para el nuevo módulo.

Nodo superior del módulo Ixion (Ixion/spectrum.ieee.org).
Nodo superior del módulo Ixion (Ixion/spectrum.ieee.org).
Sistema de acoplamiento del módulo Ixion en una misión con una nave de carga Cygnus (Ixion/spectrum.ieee.org).
Sistema de acoplamiento del módulo Ixion en una misión con una nave de carga Cygnus (Ixion/spectrum.ieee.org).

Una de las lecciones de los estudios de wet workshops de los años 60 es que convertir un tanque de hidrógeno en un módulo habitable no es nada sencillo. ¿Ha logrado Ixion solventar estos problemas con la tecnología actual? No está claro. Incluso si se consigue limpiar adecuadamente el tanque de hidrógeno tendríamos un módulo sin ventanas, sin protección contra meteoritos y sin muchos otros sistemas necesarios para la tripulación (aunque podría usarse sin problemas como módulo almacén, de forma similar al PMM Leonardo). ¿Pero vale la pena?

La ISS con Ixion acoplado (Ixion/spectrum.ieee.org).
La ISS con Ixion acoplado (Ixion/spectrum.ieee.org).

Referencias:


30 Comentarios

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AlcalinoAlcalino

Se nota que el wet workshop aun tiene problemas, nada mejor que revivir este concepto en una vieja estación espacial internacional

JulioSpXJulioSpX

Hace poco molieron a patadas el ego de un visitante de este foro por proponer reutilizar etapas usadas como modulos. Debe estar bajo tratamiento psicologico.

AlcalinoAlcalino

Si es fanático a sus ideas, como ya debe pensar en el suicidio y esas cosas

RobertRobert

Bueno, en verdad la protección contra meteoritos podría ponerse después, y las ventanas son totalmente prescindibles (cuantas ventanas hay en la ISS?), lo mas preocupante es a nivel de diseño, ese doble uso, limitaría mucho el diseño del modulo en si, y terminaría siendo poco mas que un lugar de almacenaje.

Me atrae mucho mas los hábitats hinchables, ademas creo que son el futuro, esa tecnología bien desarrollada, puedes montar un estación espacial gigante en un par de lanzamientos.

Pedro

Para mí el principal problema es el del blindaje, de seguridad insuficiente para las personas. Añadirlo después, como comentas, supone un gasto extra que el wet workshop trata precisamente de evitar. Como mucho, sí, como lugar de almacenaje o para experimentos que requieran mucho espacio y poca infraestructura.

Yo también soy fan de los módulos hinchables: al mismo precio que un módulo rígido dan la misma seguridad pero mucho más volumen.

ChemaChema

A mí como idea tampoco me convence. Como mucho pienso que se podría usar el módulo para otra cosa, quizá un almacén o para hacer algún experimento, pero no para que vivan personas, y habría que ver si eso justifica tener acoplada esa masa.

FidelusFidelus

Bueno, puede que no resulte muy útil ahora, pero si para probar tecnologías reutilizables. Podría ser útil para la estación lunar o un viaje a Marte?

AlejandroAlejandro

Prefiero la idea de que tu segunda etapa sea también tu nave espacial, la verdad.

ChechuChechu

Usar una etapa superior como bodega de carga no me parece que sea “poco útil”, ni mucho menos. Precisamente si desarrolláramos la tecnología y los métodos para reutilizar las etapas superiores en el espacio, esto ayudaría a abaratar aún más el coste de acceso al espacio.

Recuerden que el mismo SpaceX, en su proyecto original de la Falcon, quería traer de vuelta a la segunda etapa para poder reutilizarla, pero los costes implícitos en una etapa diseñada para funcionar en el vacío (no en la atmósfera) y a altas velocidades, terminó por obligarlos a descartarlas.

Pero precisamente por ello, quizás el mejor modo de reaprovechar estas etapas es precisamente en el espacio, ya que para ello han sido diseñadas. Sin pecar de ingenua fantasía, se puede pensar en diseñar las etapas superiores para que, una vez puesta la carga en órbita, lleven el combustible suficiente para dirigirse lentamente a zonas de reciclaje espacial. Si sólo las de hidrógeno se pueden usar como módulos, entonces el resto pueden usarse como remolcadores o ¿para una pequeña empresa espacial dedicada a reciclarlos?

Sé que suena a fantasía pero, joder, ¿es tan diferente de lo que pensaba Elon Musk sobre recuperar los cohetes para reutilizarlos?

CavalieryCavaliery

Hola.
No entiendo esta frase: “el hidrógeno tiene una densidad muy baja, de ahí que ocupe mucho volumen comparado con otros combustibles”.
Si tiene una densidad baja… ¿no debería ocupar MENOS volumen?
Gracias

Ciudadano XCiudadano X

Si tiene una densidad baja respecto a otros combustibles, necesitas más cantidad para obtener los mismos resultados. (Es un ejemplo “visual”, q no me ataque ningún físico XD)

detorrdetorr

Densidad baja=mas volumen para una masa dada.
¿Qué ocupa mas, un kilo de poliespan o un kilo de hierro?

EloyEloy

Densidad=masa/volumen
Por lo tanto
Volumen=Masa/Densidad
Al disminuir la densidad (a masa constante) el denominador se reduce aumentando así el volumen.

Un saludo

RedRed

Mi amigo, si hay menores partículas de hidrógeno en un determinado espacio el espacio es mayor, por ello el alto volumen.

FedeFede

Una duda, dices en el artículo que el depósito de hidrógeno es facil de limpiar, y, desde mi ignorancia lo veo lógico.
Sobre todo comparado con un depósito de queroseno o hipergólico.
Pero, el depósito de oxígeno, ¿no es tambien “facil” de limpiar?
Entiendo que si lo purgas y luego le pones una atmósfera, como mucho, aumentará un poco la concentración de oxígeno en el aire.
¿me equivoco? Seguro que si.

RuneRune

En ppo, aparte de que todo lo que empiece dentro tiene que ser muy resistente a la oxidación, no, ningún problema. Pero el tanque de oxígeno líquido es varias veces más pequeño por cuestiones de densidad, así que si vas a usar uno la opción es clara. Usar los dos implica pasar de uno a otro, y eso son ya más agujeros.

Pero bueno, todo la idea de la ‘wet workshop’ es bastante marginal, en mi opinión. Todo ese trabajo, y sólo para ahorrarte la masa del mamparo de presión, que no es ni con mucho el componente más pesado de un módulo habitable.

Desde que los módulos inflables demostraron cómo sobrepasar la limitación de volumen de las cofias, la ‘wet workshop’ ha perdido el 90% de su atractivo.

GinésGinés

No lo acabo de ver. Es un concepto que se ha quedado claramente anticuado. Tanto por ratio volumen habitable/masa como por su inferior resistencia a micrometeoritos es una solución tecnológicamente inferior. Con módulos inflables tipo Bigelow es factible la construcción de una gran estación en órbita lunar a un coste asumible, cosa que con ‘wet workshop’ no es factible.

A mí la combinación ganadora costes/volumen habitable me parece – con mucha diferencia – la de Falcon Heavy – Bigelow.

yaviyavi

Pero ya puestos a lanzar sí o sí un potencial habitáculo, ¿porqué no aprovecharlo? Al margen de los módulos inflables, de cara a una misión tripulada interplanetaria podría ser una solución múltiple. Por ejemplo, podrían servir como jardinera espacial: si revienta o no tiene tanta protección a la radiación, no es tan grave. Se te congelan las patatas como a Watney, pero ya está. Además, servirían para reciclar el CO2. O como almacén, reserva de aire… Imagina el tanque principal del SLS, de casi 9 metros de diámetro y 40 de largo(!) produciendo patatas, tomates.. hasta vodka espacial podrían hacer jeje. Sería una gran puesta en escena para una misión tripulada a Marte. Con que quede un tiempo en la ISS sería un gran comienzo.

RauwkostRauwkost

Entiendo que la ventaja del tanque de hidrógeno es su volumen, mayor que el de oxígeno.

apalankatorapalankator

Pues podría servir para producir metano a fermentando boñigas de astronauta por ejemplo. O de gimnasio, para combatir la claustrofobia y cien cosas más. Una vez que se suba, seguro que se le encuentra utilidad, porque lo más escaso en el espacio es precisamente el espacio (habitable).

offler

Pregunto. No se podría rellenar de combustible y utilizarlo como propulsor?
Igual es una tontería, pero podría transformar la ISS en una nave interplanetaria con un gran espacio de habitabilidad

Sergio CostasSergio Costas

El problema es que tienes que subir ese combustible en algún sitio… 😉

SuzudoSuzudo

El hidrógeno es fácil de limpiar, y el oxígeno (el tanque sería menor y tal vez se ha de considerar si vale la pena conectar dos tanques separados que otro lanzamiento con uno grande para la función que se le de)

Bueno, los hipergólicos está claro que no son aceptables… Los de queroseno tampoco

pero ¿y los de metano?

¿Si fuera de metano el tanque podría servir? ¿una etapa superior de un falcon 9 con un motor raptor podría tener posibilidades?

GinésGinés

Pero el tanque de metano ocupa mucho menos volumen que el tanque de hidrógeno y precisamente la gracia del asunto está en aprovechar un espacio lo más grande posible.

SuzudoSuzudo

Lo doy por hecho. Solo quería saber si es viable con metano (porque si es lo único que se dispone en casos concretos sería interesante sí también podría servir)…. Igual además luego igual hay un método para unirlo con el de oxígeno líquido sin demasiados problemas añadidos. por si SpaceX también pudiera realizar cosas de estas para montar algo

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