Requisitos del Programa Constellation

Por Daniel Marín, el 8 julio, 2009. Categoría(s): Astronáutica • Constellation Program • NASA ✎ 10

Los documentos y presentaciones de la NASA sobre el Programa Constellation son una fuente inagotable de datos que nos sirven para ponernos al día en el desarrollo de este polémico proyecto. En esta ocasión vale la pena centrarse en el documento NASA Constellation Program Key Driving Requirements and Element Descriptions (Roland M. Martínez), donde aparecen los requisitos que deben cumplir los lanzadores Ares para las misiones lunares. De entrada, en este interesante gráfico podemos ver los criterios más importantes a la hora de definir las futuras misiones lunares:

Resumiendo, los puntos a destacar serían:

1- La capacidad del Ares I para una Orión lunar se fija en 23,6 toneladas «más reservas», es decir, una cantidad de masa indeterminada que depende del tamaño final de la nueva nave de la NASA. La masa mínima de la nave tras realizar las maniobras orbitales oportunas se estima en 20,2 t (el CSM del Apolo tenía una masa de unas 30 t).

2- La Orión podrá permanecer hasta 4 días en órbita baja (LEO) para esperar el lanzamiento del Ares V con el módulo lunar Altair y la etapa de escape EDS (Earth Departure Stage). Recordemos que en los primeros diseños de misiones lunares del Programa Constellation, era el Ares V el que debía despegar primero.

3- La masa total (Orión y Altair) que la etapa EDS manda a la Luna es de 65 t, de las cuales un mínimo de 45 t corresponden al Altair (en el caso del Apolo eran unas 46 t de masa total y el módulo lunar tenía una masa de 15 t).

4- El encendido para entrar en órbita lunar (LOI, Lunar Orbit Insertion) lo lleva a cabo el Altair (Delta V = 1 km/s) en tres encendidos separados para circularizar la órbita. El Altair puede permanecer entre 1 y 5 días en órbita lunar baja (LLO) antes de aterrizar.

5- Altair debe llevar una carga mínima de 4 personas y 500 kg hasta la superficie lunar, y permanecer allí un mínimo de 7 días. Durante el regreso, la etapa superior debe poseer una Delta V de 1,9 km/s y llevar un mínimo de 100 kg de carga presurizada (una cifra comparable al módulo lunar del Apolo).

6- Para el regreso a la Tierra, Orión debe encender sus motores y proporcionar una Delta V de 1,56 km/s.

El documento incluye los preceptivos diagramas del equipamiento del Programa Cosntellation, lo que siempre es de agradecer:


Nave Orión (NASA).


Ares I (NASA).


Módulo lunar Altair (NASA).


Ares V (NASA).


Etapa EDS (NASA).

Sin embargo, los datos más interesantes los encontramos en la tabla de requisitos de los sistemas. Nada nuevo, pero merece recalcar un par de puntos:

  • La capacidad del Ares I se estima en 22-24 t en una órbita de 29º y 20 km x 185 km. Sí, han leído bien: 20 km de perigeo. Para compensar el crecimiento en la masa de Orión, la NASA decidió hace tiempo que el cohete Ares I era incapaz de una inserción orbital directa y por lo tanto Orión debe encender su motor para entrar en órbita.
  • El volumen interno mínimo del Orión y del Altair es de 10 m3 (el CM del Apolo tenía 6,17 m3 y el módulo lunar 4,53 m³). La presión en el Orión será de 65,4-103 kPa. Este último dato es altamente probable que cambie. Mantener una presión de este tipo es conveniente para misiones a la ISS en LEO, pero en misiones lunares está claro que es mejor usar una atmósfera de oxígeno puro a una presión mucho menor, como en el Apolo.
  • El Ares V tiene debe poner en trayectoria lunar una masa total de 65-70 t. Es decir, sólo hay 5 t de margen para el desarrollo del Altair y el Orión. Hay que resaltar que lo importante no es la capacidad en LEO del Ares V, sino su capacidad en el momento del TLI (Trans Lunar Injection) con la Orión acoplada al conjunto Altair-EDS.

Una vez más, queda claro que la principal dificultad del programa Constellation radica en el «sobrepeso» de la nave Orión y la imposibilidad de aumentar la capacidad del Ares I. El módulo lunar Altair deberá ser diseñado para compensar en parte las limitaciones de la Orión, pero su margen de crecimiento, como vemos, no es ilimitado.



10 Comentarios

  1. ¿Es seguro el dato de que la Ares I será la que despegue primero?
    Lo digo porque me parece no se..realmente incomprensible.
    ¿que ocurriría si con el Orion en órbita la misión secundaria del Ares V fallase con una explosión durante el ascenso o algo similar?

  2. Hombre, taisensuikan, si algo así ocurriera, evidentemente se cancelaría la misión y la Orión volvería a Tierra. Parece factible.

    De todos modos coincido en que no tiene mucho sentido poner en el espacio una nave tripulada a la espera de una no tripulada. Entiendo que debería ser al revés, para minimizar el tiempo que deben permanecer los astronautas fuera.

    Cada vez alucino más con este proyecto.

  3. Si monsieur le six, lo decía precisamente por eso. No tiene sentido tener a 4 hombres en órbita con el riesgo que eso conlleva (por no hablar del dinero) para que luego la Ares V no este disponible.
    Lo lógico es primero la Ares V, y si esta sale bien, el resto.
    Vamos, como pasó en su día con las Agena.

  4. El plan no es ni mucho menos definitivo. Supongo que depende de dónde situemos la prioridad. El Ares V es un cohete muy grande y, en teoría, muy complejo, así que si se lanza antes, se supone que el despegue del Orión/Ares I iría más rápido. Por otro lado, eso significa que la etapa superior EDS y la etapa inferior del Altair, ambas criogénicas, permanezcan más tiempo en el espacio, con el consiguiente riesgo de que se evapore más hidrógeno líquido.

    Si lanzamos el Ares V primero minimizamos el tiempo en el espacio de la tripulación, pero aumentamos el de la etapa EDS y el Altair.

    Teniendo en cuenta que, debido a las medidas de seguridad, una misión tripulada seguro que tiene más retrasos, de entrada no me parece mal lanzar primero el Ares I.

    Siempre he pensado que lanzar el Ares V primero supondría generar una presión innecesaria para lanzar la Orión lo antes posible, y evitar así tirar a la basura el Altair y la EDS. Y ya sabemos que la presión por efectuar un lanzamiento puede ser la causa de accidentes.

    Un saludo.

  5. esto no lo entiendo

    «20 km de perigeo»
    20 km ! (70,000 feet) ?!

    a velocidad orbital?!

    a que altitud comienza la reentrada ?

    COMO ES POSIBLE!
    que alguien me lo esplique

    GRACIAS

  6. Hola anónimo. 20 km de perigeo no significa que el Ares I deje al Orión a esa altura. Orión se separará del cohete cerca del apogeo, a 185 km. El resto del impulso orbital lo deberá efectuar el motor de la Orión.

    Efectivamente, debido a la atmósfera, si Orión no puede encender su motor, la órbita de inserción del Ares I es, a todos los efectos, una trayectoria suborbital y la nave acabaría reentrando en la atmósfera.

    Un saludo.

  7. En repetidas ocasiones he leido sobre el aumento de masa del Altair, por qué puede «agrandarse» el Ares V y no así el Ares I debido a los cambios de la Orión?
    Saludos.

  8. Hola Nikolay: buena pregunta. Hay varios motivos:

    1- El Ares I es un diseño prácticamente cerrado y por eso queda poco margen para aumentar su capacidad. Si se modifica el diseño, la NASA corre el riesgo de no poder lanzarlo hasta después de 2015.

    2- Por contra, el diseño del Ares V (y el del Altair), aunque bastante avanzado, está en una fase inicial y todavía se pueden hacer cambios.

    3- Modificar el Ares I requiere gastar dinero ya, mientras que modificar el Ares V hoy por hoy no supone ningún gasto.

    Un saludo.

  9. En definitiva..el cálculo de la carga útil para el Ares I fue el error que casi da al traste todo el programa. Si el Ares I deja a la Orión en una trayectoria suborbital, ésta pierde prestaciones al tener que usar parte de su combustible para circularizar su órbita y acoplarse al EDS-Altair. Pareciera que no hay vuelta que darle..se aumenta la capacidad del Ares I o se reduce la masa de HARDWARE de la Orión. De otro modo se está recortando autonomía a la nave que seguramente será necesaria en fases posteriores de la misión lunar..
    Muchas gracias Daniel por mantener actualizado el blog y esmerarte por responder a las consultas.

  10. De nada, Nikolay, un placer.

    Pues sí. Podemos resumir que el cuello de botella del diseño del Ares I se debe a la presunción de que la masa de la Orión podría mantenerse sin problemas por debajo de las 23 t, algo que se ha demostrado falso.

    Saludos!

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Por Daniel Marín, publicado el 8 julio, 2009
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