Un remolcador orbital ruso para viajar a la Luna

Durante la década pasada Rusia comenzó a desarrollar un remolcador orbital nuclear para transportar satélites entre distintas órbitas e incluso viajes a la Luna y otros planetas. El proyecto sigue adelante, aunque ha perdido fuelle desde entonces. Entre 2009 y 2012 la empresa RKK Energía, fabricante de las naves Soyuz, colaboró con el instituto estatal Keldish en el proyecto de remolcador nuclear, aprovechando la experiencia de la empresa en el prototipo de reactor nuclear espacial Gerkules. Este reactor fue el protagonista del ambicioso proyecto soviético de 1987 para poner un ser humano en Marte. En 1988 el proyecto mutó para incorporar energía solar en vez de nuclear, una variante que fue refinada a comienzos de este siglo.

Remolcador SEP ruso para misiones a GEO y la la Luna (RKK Energía).
Remolcador SEP ruso para misiones a GEO y la la Luna (RKK Energía).

En base a esta experiencia RKK Energía también ha desarrollado una variante del remolcador nuclear con energía solar. Ambas versiones hacen uso de motores iónicos o de plasma para garantizar el mínimo gasto de combustible, es decir, emplean propulsión SEP (propulsión solar eléctrica) o ERDU en ruso. El remolcador, conocido con las siglas SMB (Solnechni Mezhorbitalni Buksir, «remolcador solar interorbital»), debe tener según los cálculos de RKK Energía una potencia mínima de 400 kilovatios para transportar cargas útiles desde la órbita baja hasta la geoestacionaria.

Antes de seguir, conviene aclarar qué interés podría tener un sistema de este tipo. Recordemos que la capacidad de carga de cualquier lanzador espacial es máxima para la órbita baja (LEO) y va disminuyendo con la altura. Los satélites comerciales situados en órbita geoestacionaria (GEO) normalmente son puestos en una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO), muy elíptica, y luego usan su propio sistema de propulsión para circularizar su órbita y alcanzar GEO. Un remolcador espacial podría llevar un satélite desde LEO hasta GEO y luego volver a LEO para repetir la operación. De esta forma un satélite geoestacionario podría ser lanzado con un cohete mucho menos potente y, por lo tanto, barato. Además, al necesitar menos combustible su masa se aligeraría y podría llevar más carga útil o usar un vector todavía más pequeño. La desventaja de los remolcadores SEP no NEP es que los tiempos de vuelos son enormes, del orden de meses, debido al poco empuje de los sistemas de propulsión eléctricos.

El prototipo de remolcador SMB-400 (se llama así obviamente por su potencia) sería capaz de alcanzar la Luna además de GEO. El remolcador tendría una masa en total de 23,4 toneladas. Su masa en seco sería de 11 toneladas, con una longitud de 11,5 metros y cargaría hasta 8 toneladas de xenón que alimentarían los motores de plasma (con un impulso específico de 3.000 segundos y un empuje de 16 newton en total). La masa máxima del satélite a transportar sería de 8 toneladas y tardaría seis meses y medio en alcanzar su objetivo, mientras que el remolcador regresaría a LEO en tres meses. Para aligerar el peso del sistema los paneles solares serían flexibles, similares al concepto ROSA (Roll-Out Solar Array) y Mega-ROSA de la empresa norteamericana DSS (Deployable Space Systems). Los motores de plasma estarían basados en modelos actuales fabricados en Rusia, como el SPD-290 de OKB Fakel, el ТМ-50 del TsNIImash o el ID-500 del Instituto Keldish.

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Esquema de una misión de transporte del remolcador solar ruso hasta la órbita Lunar (RKK Energía).

Las misiones a GEO serían la ventaja comercial de este proyecto, pero RKK Energía no se olvida de la Luna, el objetivo declarado de la cosmonáutica rusa durante la próxima década. Para misiones a la órbita lunar el remolcador usaría 18,5 toneladas de xenón aportadas por un módulo, denominado BRK, lanzado previamente en LEO. La carga útil a transportar desde la órbita baja hasta nuestro satélite sería de hasta 37 toneladas. El viaje hasta la Luna tardaría 15 meses y una vez allí se desprendería el módulo BRK. La vuelta duraría solo 3 meses. Es decir, cada ciclo de transporte duraría año y medio. Una vez de regreso en LEO, el remolcador se acoplaría con otro módulo BRK para volver a llenar sus reservas de xenón y vuelta a empezar. De este modo se podría alcanzar la Luna solamente con dos lanzamientos de cohetes similares al Angará A5, Ariane 5 o Delta IV Heavy. La vida útil del remolcador sería de unos diez años.

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La estación Deep Space Gateway (izquierda) y una nave Orión en órbita lunar. El remolcador ruso podría llevar carga hasta esta estación (NASA).

Estaríamos tentados de considerar este proyecto de remolcador como otro acto de powerpointismo fútil, pero no olvidemos que la NASA desea crear una estación internacional en órbita lunar. En este caso los sistemas de transporte basados en tecnología SEP jugarían un papel fundamental para llevar víveres y módulos hasta la estación sin necesidad de recurrir a lanzadores gigantes (y caros). De hecho, la NASA considera que un requisito para poder hacer realidad esta estación cislunar es la creación de sistemas SEP potentes. El remolcador orbital sería una baza muy importante para negociar su participación en este proyecto a pesar de que por el momento solo se contempla su colaboración mediante un pequeño módulo esclusa y, quizá, misiones de la nave tripulada Federatsia.

Referencias:

  • Khamits I. I. et al, Kontseptsia kosmicheskoi transportno-energueticheskoi sistemi na osnove solnechnogo mezhorbitalnogo elektroraketnogo buksira, Kosmicheskaia Tejnika y Tejnologii 1-16, 2017 (RKK Energia).

61 Comentarios

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JxJx

Otro magnifico ‘POWERPOINT’ ruso, lastima que no pasen de una simple ‘maqueta’.

JxJx

¡claro que la idea es buena y muy eficiente!, disminuiría por ejemplo los costos de lanzamiento y posicionamiento en órbita.

JxJx

la NASA si podría hacer realidad este proyecto, solo tiene que mejorar aun mas los sistemas SEP, útil si se lo de la estación espacial INTERNACIONAL alrededor de la luna va en serio.

Fernando GeneraleFernando Generale

Esto podría ser revolucionario pero al menos que los rusos dejen de jugar a ser súper potencia y no recorten severamente el gasto militar no le veo futuro

ErickErick

Genial, esto si que est útil…hay que contar también con el deseo de JAXA por la estación Gateway…

Una pregunta estos motores de plasma rusos, como de potentes son ¿en que se diferencian, mejorán al nuevo motor iónico NEXT de la NASA?

ErickErick

PD: Sin duda esta es la arquitectura, que se debe crear para instarlarnos en el espacio, y acometer grandes proyectos futuros…me he quedado impresionado con la capacidad lunar del SEP…el tiempo de viaje no le veo problema, se puede intercalar entre diferentes SEP, para que lleguen en tiempo a la Luna los diferentes módulos, además tampoco se construyen y se lanzan tantos módulos seguidos…al final la ISS se tardo casi 12 años en construcción, así que con calma este remolcador, es sin duda una medida de ahorra bestial…y 10 años de vida da casi 7 viajes lunares, una bestialid, sin duda mucha eficacia…

RedRed

¿Cuales son los motores iónicos más potentes en la actualidad?
¿Y en futuro a corto plazo?
Y tengo otra pregunta, ¿De qué depende que un motor iónico incremente su potencia considerablemente?
Un saludo y espero me puedan responder mis dudas :)

JxJx

The Motor de Xenon Evolutivo de la NASA (NEXT) funciono continuamente durante 48 mil horas (casi 5 años y medio) a máxima potencia en una cámara de alto vació. El examen posterior a la prueba mostró que el motor estaba lejos de algún fallo y el desgaste era mínimo. El motor consumió 870 Kg de propelente de Xenón. El impulso total que genero durante sus 5.48 años equivale a lo mismo que si un motor de un cohete convencional hubiera consumido 10 mil Kg de propelente químico.
La nave espacial ‘Amanecer’ (Dawn) tiene el récord de velocidad en el espacio: 10 Km/h.
El tipo y diseño de motor ionico depende de la misión, función o aplicación, recordemos algunas de ellas:
transferencia de órbita, ajuste de actitud, compensación a la resistencia en órbitas terrestres bajas, ajustes finos, remolcador, misiones interplanetaria muy largas, en fin..
Los motores ionicos sin importar si son electroestaticos o electromagneticos funcionan con electricidad, y esa electricidad se obtiene por medio de una de dos formas: paneles solares o energía nuclear. Sobra decir que emplear paneles solares reduce costos pero incrementa el peso. y sobra decir que la energía nuclear incrementa costos, pero minimiza peso, pero lo mas importante genera electricidad “ilimitada” por lo tanto mas potencia.

JxJx

Aunque en estos momentos el Motor mas prometedor y poderoso sera el Motor Anular patentado por Glenn (Centrod e Desarrollo). Tiene el potencial de superar las capacidades de rendimiento del sistema de propulsión NEXT y otros propulsores eléctricos. Utiliza un nuevo diseño de empujador que produce un área de haz total (anular) que es 2 veces mayor que la de NEXT. Los propulsores basados ​​en el motor anular podrían alcanzar niveles muy altos de potencia y empuje, permitiendo que los propulsores de iones se utilicen de manera que nunca se han utilizado antes. Los objetivos son reducir el costo del sistema, reducir la complejidad del sistema y mejorar el rendimiento (mayor capacidad de empuje a potencia).
https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/c...0023028.pdf

RedRed

¿Y en teoría un motor iónico podría alcanzar o superar en potencia a uno químico o eso jamás sucederá?

JorgeSJorgeS

todo depende como mides esa potencia, los químicos dan una enorme potencia pero en un corto espacio de tiempo (segundos) mientras que los ionicos dan poca pero la mantienen a lo largo de mucho tiempo (años), dicho de otra forma, que es más, 500Knewtons durante 300 segundos o 15 Newtons durante 6 años. un motor ionico nunca va a tener bastante potencia para poner un cohete en órbita, pero una vez en órbita, el ionico va a ser mucho más eficiente.
Si lo que preguntas es por un motor ionico que de la misma potencia que uno químico y encima que la pueda mantener durante años, pues ya estaríamos conquistando otras estrellas.

amagoamago

recuerdo que hace años me parecia super convincente la tecnologia del MPD (Manetoplasmadynamic) que prometia Isp hasta 10.000 s y empujes de varios N. ¿demasiado bueno para ser cierto? que yo sepa no se ha llevado a la practica. quiza se exageraban sus prestaciones, no se…

Hilario GómezHilario Gómez

Jx, el teclado te ha gastado una broma pesada.

La velocidad alcanzada por la Dawn es de 4,3 km por segundo. O lo que es lo mismo, 15.480 km/hora.

Porque 10 km/h es ir casi andando… XD

JxJx

– tienes razón, gracias por la corrección: es en Km/s
– en cuanto a al velocidad ratifico: 4.3 Km/s fue la velocidad alcanzada por la sonda ‘Deep Space 1′, mientras que la sonda ‘Dawn’tiene el record con 10 Km/s

NoelNoel

Hola!

De todos modos, viendo que los tiempos de vuelo son tan largos con este aparato (lo cual no quita que si se necesita se puedan usar vectores convencionales para casos, digamos, urgentes), la cosa es tan sencilla como usar VARIOS remolcadores, que no creo que sean tan sumamente caros y tan sumamente complejos…

Ello podría garantizar el acceso a GEO cada 2/3 semanas, en lugar de meses. Y lo mismo con la Luna y la Gateway… cada 2/3 meses podría llegar un remolcador a la estación con lo necesario, en lugar de cada año y medio.

Salu2

ZanstelZanstel

Hay otra idea interesante. Usar bases de propulsión en el espacio. Ya sea usando cables o cañones electromagnéticos, una base pesada podría dar un gran impulso en muy poco tiempo al satélite o sonda en cuestión de forma muy similar a un impulsor químico, usando la base despues motores iónicos para corregir el desplazamiento equivamente producido por lanzar la carga.

Las bases funcionarían como acumuladores inerciales de propulsión para transferirlas a las cargas mediante cables o cañones.

NoelNoel

También lo había pensado, pero una instalación así rivalizaría en tamaño, complejidad y coste con la misma ISS.

En cambio, una flotilla de remolcadores híbridos (es decir, éstos del artículo junto a algún módulo de propulsión química lleno de carburante, en una órbita de aparcamiento a la espera de una necesidad puntual, que si se construye Gateway puede ser más que probable, por una emergencia o algo) es mucho más versátil y fácil de superar las averías de una unidad.

De todos modos estoy contigo, en que para misiones interplanetarias, un lanzador fijo orbital que dé un gran impulso inicial, aunque costoso de montaje, sería muy eficiente y ahorraría muchos costes a la larga… ¿Alguna idea para el diseño? XD

eudoxoeudoxo

Otra idea para la logística de Gateway sería una versión reducida de la propuesta de Aldrin, los “castillos Espaciales”, lanzaderas que circularían entre Tierra y Luna sin necesidad de gastar Δs, y que ofrecerían transporte para personas, materiales, etc

miguelmiguel

Sin pensarlo mucho: El remolcador debería emplear “propelente” subido con el satélite; creo que no tiene sentido llevar y traer una carga inicial muy elevada de combustible de forma continua, no creo que se lance con 10Tm de Xenón para dar servicio a X satélites. ¿Cual es el costo actual para un satélite pasar de GTO a GEO (en peso y propelente)? y ¿merece la pena mover la masa del remolcador en este proceso?. Entiendo que el refueling de Xenón está resuelto o es factible resolverlo.

Personalmente, este tipo de proyectos me parecen adecuados si el “propelente/combustible” no hay que subirlo desde la Tierra. Esto tiene sentido si se puede usar un asteroide/cometa/etc para extraer volátiles y luego poder usarlos … el gasto sería solo de tiempo. Y es un paso más para poder acceder a todo el Sistema Solar.

Y siendo pesado:
– que bien vendría una luna con volátiles y de mediana a pequeña (puestos a pedir).
– ¿recuerdan las promesas del atila Obama en el espacio? si esas que prometió a cambio de cargarse los Ares, todo agua de cerrajas.
– ¿vasimr al final na’de’na?, también agua de cerrajas.
– ¿en los lanzamientos de prueba (como el próximo Falcon Heavy) no se podría mandar algo de muy baja tecnología, bajo coste y que pueda usarse luego?. Comentaba hace unos días como agua (por ejemplo).

Hilario GómezHilario Gómez

El xenon se encuentra en trazas en la atmósfera terrestre, apareciendo en una parte por veinte millones. El elemento se obtiene comercialmente por extracción de los residuos del aire licuado. Este gas noble se encuentra naturalmente en los gases emitidos por algunos manantiales naturales. Los isótopos Xe-133 y Xe-135 se sintetizan mediante irradiación de neutrones en reactores nucleares refrigerados por aire.

En la página

es.wikipedia.org/wiki/Luna

tienes los componentes de su corteza. Verás que xenon… pues no.

JxJx

El Xenón es relativamente raro en la atmósfera del Sol , en la Tierra , en asteroides y cometas e inclusive la Luna en la Luna.
En el sistema solar donde abunda mas el Xenón es en la atmósfera del planeta Jupiter.
la principal fuente de donde se genera Xenón es en las explosiones de supernova.
El Xenón se obtiene a través de procesos industriales y por sus escasez es supremamente caro aunque es el mejor gas para un motor ionico.

JxJx

Lo que si abunda en la superficie de la Luna es el Helio 3 (escaso en la Tierra).
Cuando podamos procesarlo industrialmente en la misma Luna sera la principal fuente de energía del hombre en la Luna, incluso seria rentable importarlo a la Tierra (en el futuro claro).

ZanstelZanstel

Bueno… La equivalencia de masa hace compensar el costo en tanto ambos procedan del mismo origen.

Creo que la clave estará en obtener el mismo combustible iónico en el espacio. Aunque los gases nobles sean los más aptos para la eficiencia, probablemente no sean los mejores para su fácil explotación en el espacio.
Sin embargo no hay una barrera tecnológica inevitable que nos impida usar motores iónicos basados en otros elementos.

Hilario GómezHilario Gómez

Argón, mercurio o xenon son los elementos más usados en los motores iónicos.

JxJx

El Xenón de lejos es el mejor, pero es caro y escaso. Los diseños antiguos usaban mercurio pero es toxico y difícil de manejar. La ventaja del Argon es que es abundante y barato aunque energeticamente menos efectivo. También se utiliza el bismuto y el Yodo pero solo en los motores ionicos sin rejilla tipo efecto hall.

miguelmiguel

Encontrar un comenta/asteroide con agua, ponerlo en órbita de la Tierra y que no se evapore … tendríamos hidrógeno y oxígeno. El acceso al sistema solar para casi todo lo que podamos imaginar. Como digo algunas veces, soñar es gratis y nacimos demasiado pronto.

miguelmiguel

Con agua, tienes … propulsion quimica con deltaV para ir a donde quieras. La energia fotovoltaica del Sol o un generador de fision si no basta. En fin, soñar es gratis, pero igual solo hace falta un buen soñador

miguelmiguel

Me vuelvo a repetir. Hay un libro de David Brin, Tierra; el caso es que ponen un trozo de glacial de camino a la Luna, alguien comenta que es una lastima que no llegase con un poco menos de velocidad y que no se volatirizara …

Hilario GómezHilario Gómez

Mira que me gustaría verlo, pero…

Eso sí, si el proyecto fuera chino, fijo que lo veíamos.

Hilario GómezHilario Gómez

Para los que no estén muy duchos en estos temas, los 16 newtons de empuje del SBM-400 son 2 kilogramos-fuerza.

ErickErick

Hilario, que piensas de estas propuestas¿?

Que proyecto crees que veremos en las próximas décadas:

Gateway-Base Lunar

Base en Fobos

Misión Marciana con aterrizaje.

¿Que haremos después de la ISS y con cual te quedarías si tu eligieras?

Hilario GómezHilario Gómez

Gateway y base lunar.

Está más cerca y saldrá más barato. Marte puede esperar.

Hilario GómezHilario Gómez

Oxígeno 43%
Silicio 21%
Aluminio 10%
Calcio 9%
Hierro 9%
Magnesio 5%
Titanio 2%
Níquel 0,6%
Sodio 0,3%
Cromo 0,2%
Potasio 0,1%
Manganeso 0,1%
Azufre 0,1%
Fósforo 500 ppm
Carbono 100 ppm
Nitrógeno 100 ppm
Hidrógeno 50 ppm
Helio 20 ppm
Helio3…
Hielo…
Vamos, nada interesante…

AntonioAntonio

Como te dije hace tiempo, no hablo con los que ponen citas falsas de los demás, así que no te contestaré a eso.

Hilario GómezHilario Gómez

Claro, claro… Tu respuesta habitual cuando metes la pata y no sabes qué decir.
No cambies nunca.

Hilario GómezHilario Gómez

Veo que no has tenido bastante con lo del uranio enriquecido (que, para que lo sepas, tiene tres niveles, HEU, LEU y SEU, el primero para las armas nucleares) y sigues dándotelas de sabio y haciendo amigos…

ErickErick

La verdad es que desde la radiación Marciana, esta un poco cabreado jeje….

Como se hecha de menos Stewie…

Federico GonzalezFederico Gonzalez

tener la experiencia de pisar nuestro satélite natural y contemplar la tierra desde su superficie, que maravilla

AntonioAntonio

Erick: La verdad es que eres un poco idiota. Como cualquier persona decente, no voy a rebajarme a hablar con un mentiroso, que pone citas falsas de los demás para hacerles decir lo que no han dicho y encima cuando lo descubres y muestras el engaño, no sólo no se disculpa sino que sigue mintiendo. Ya veo que eres del mismo palo. No perderé el tiempo contigo tampoco, tranquilo.

AntonioAntonio

Federico Gonzalez: Eso ya se hizo hace medio siglo. Qué triste que el programa espacial más ambicioso de Rusia sea repetir lo que hicieron los americanos hace cinco décadas. Aunque para los contribuyentes rusos más que triste debería ser indignante, por la cantidad de pasta que les va a costar. Para darle semejante sablazo al presupuesto de Roskosmos durante una década o dos, por lo menos que hagan algo pionero.

U-95U-95

Allí dicen que vive la Diosa de la Luna, que acoje las almas de los astronautas de los Apolo cuando mueren.

amagoamago

A mi me parece un buen concepto. Pero tampoco nos emocionemos, tampoco vale para todo. A dia de hoy Boeing ya ofrece satélites que el lanzador los deja en órbita baja y “se suben” a GEO con propulsión eléctrica ellos solos sin necesidad de remolcador. ¡Esto permite hacer lanzamientos dobles con un Falcon 9 en configuración reutilizable! Fijaros qué reducción de coste pasar de un Ariane V a un Falcon 9 reutilizable y aún así todavía no se han impuesto. Tengo entendido que el motivo es que tardar meses en alcanzar la órbita final le parece inaceptable a la gran mayoría de operadores.

En cuanto a su uso para la órbita lunar y más allá el problema son los largos tiempos de viaje. Veo muy útil la propulsión eléctrica, pero el concepto de remolcador lo tengo menos claro.

DiegoDiego

Daniel… Esto da para un programa de radio skylab 😉

Gracias por la entrada !!

eudoxoeudoxo

No hay mención a los sistemas de anclaje… imagino que se podrían diseñar brazos para poder asir cargas genéricas a remolcar, pero parece más lógico diseñar un mecanismo de acople específico para esa misión. Creo que esos puntos de anclaje para mantenimiento ya están presentes en varios satélites y telescopios. Mencionan algo del tema ?

яя

Lo del remolcador nuclear es algo imprescindible si se quiere avanzar en la exploración espacial.
a falta de pan.. buenos son remolcadores solares.
Esperemos que llegue a buen puerto.
salud

U-95U-95

Esperemos que siga adelante. Deprime que no hayamos pasado aún de estar en LEO permanentemente

TxemaryTxemary

A mí… esos tiempos, no se si me cuadran mucho para poner cargas en GEO: 6’5 meses para acceder a GEO implica reducir la vida útil del satélite en un 3-4% mmm no se no se…

Martínez el FachaMartínez el Facha

Hay algo que no me queda muy claro:
¿Cuando el remolcador vuelve a LEO hay que lanzar cada vez un depósito de Xenon de 8 t (o 18.5 t) para repostarlo o puede hacer varios viajes con una carga?
En el primer caso se necesitan 2 lanzamientos para llegar a GEO… Y los lanzamientos ( y las primeras etapas) son caros. Hay que poner de 8 a 18 ton en LEO, cosa que no hace cualquier cohete.

Si ese es el caso, me parece un intento de agregar la palabra ‘reutilizable’ al currículum sea al precio que sea.

Daniel Marín

Sí, habría que enviar un módulo de 8 t de xenón, más la carga útil. Efectivamente para misiones a GEO solo sale rentable con muchos usos, pero la idea es que el cliente solo pagaría por un lanzador de mediano o pequeño tamaño (más el plus del remolcador), ahorrándose una buena pasta. Para misiones de carga a la Luna el concepto es mucho más interesante.

YAGYAG

Es útil para transportar mercancías a la futura estacion espacial, pero seguirá necesitándose un cohete potente para los astronautas. Si total ya hay que desarrollar el cohete pesado, no me parece que las cuentas cuadren.

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