Naves del Futuro: Orión vs. PPTS

Por Daniel Marín, el 14 octubre, 2009. Categoría(s): Astronáutica • Constellation Program • NASA • PPTS • Rusia ✎ 18

La próxima década será decisiva para la historia de la astronáutica. Las dos principales potencias con programas espaciales tripulados, Rusia y Estados Unidos, deben poner en servicio nuevas naves que sustituyan a los vehículos actualmente en servicio. Los EEUU han decidido reemplazar el transbordador espacial por la nave Orión y Rusia quiere retirar las venerables Soyuz en favor de una nave tripulada de nueva generación (PPTS). Tanto la Orión como la PPTS serán las cápsulas más grandes jamás construidas y serán sin duda las protagonistas de la exploración del espacio en este siglo.

La Orión, antes conocida como CEV, será construida por Lockheed-Martin y recientemente pasó su revisión de diseño preliminar, por lo que ya sabemos con bastante precisión cuáles serán sus características. La PPTS, por contra, se halla en pleno proceso de diseño a cargo de la empresa RKK Energía, fase que finalizará a mediados del año que viene. Lo que implica que aún son muchos los parámetros de esta nave que están en el aire. Para empezar, todavía está pendiente bautizarla con un nombre propio. PPTS son las siglas en ruso de «Futuro Sistema de Transporte Tripulado» y es el empleado por Roskosmos en su documentación. RKK Energía prefiere usar otro acrónimo, PTK NP, «Nave de Transporte Tripulada de Nueva Generación». El presidente de Energía, Vitali Lopota, es partidario de llamarla Rus, aunque será Roskosmos quien tenga la última palabra al respecto.

El diseño general de los dos vehículos es muy similar: una gran cápsula acoplada a un módulo de servicio con paneles solares. Se trata de un diseño tradicional que huye de propuestas más originales como la distribución de la propia Soyuz -dividida en tres módulos distintos para maximizar así la masa útil del vehículo- o las basadas en cuerpos sustentadores o alados como el Klíper. De esta forma se intenta disminuir el tiempo y coste de desarrollo de ambos programas.



Orión (arriba) y la PPTS (New York Times/RKK Energía).

Orión es básicamente un módulo de mando Apolo a lo grande («Apolo con esteroides», como lo denominó Mike Griffin, el anterior administrador de la NASA y padre de la criatura) y tendrá capacidad para cuatro personas. En un principio debía albergar hasta seis astronautas -el tamaño actual de la tripulación de la ISS-, aunque las dificultades de masa han lastrado el desarrollo del programa y han obligado a reducir el número de tripulantes. Efectivamente, Orión deberá ser lanzada por el cohete Ares I, pero el continuo aumento de la masa de la nave en la fase de diseño preliminar y las dificultades a la hora de incrementar la capacidad de este lanzador han limitado su masa útil final. Recientemente, la Comisión Augustine se ha mostrado partidaria de cancelar el Ares I e incluso reducir el tamaño de la Orión, así que los próximos meses serán claves para el futuro de esta nave.


Partes de la Orión. La nave está protegida durante el lanzamiento por el sistema de emergencia LAS y el adaptador (NASA).


La PPTS estará basada en el proyecto de nave ruso europea ACTS que vemos arriba, dividida en una cápsula (en verde) y un módulo de servicio (amarillo) (RKK Energía).

La PPTS apuesta por poner en órbita a seis personas en una nave ligeramente menor, pero que sin embargo debe ser reutilizable parcialmente. El diseño de la PPTS hunde sus raíces en los programas Zaryá y ACRV diseñados por RKK Energía a finales de los ochenta y principios de los noventa.

La Orión nació como parte del Programa Constellation, por lo que desde un primer momento se contempló la necesidad de diseñarla de cara a misiones lunares, aunque poco a poco este requisito ha perdido importancia. Roskosmos mantiene como una de las características esenciales de la PPTS su capacidad para potenciales viajes lunares, aunque habrá que ver cómo se refleja esto en el diseño final.

A continuación una tabla resumen con las características más importantes de ambos vehículos (también en pdf):

Las diferencias más importantes entre ambos proyectos son las siguientes:

  • Reutilización: se da la paradoja de que la NASA abandonará el transbordador espacial, una nave reutilizable que emplea un escudo térmico cerámico, por la Orión, no reutilizable y con escudo térmico de ablación. Mientras, Rusia planea un cambio a la inversa: la PPTS deberá ser parcialmente reutilizable y utilizará un escudo térmico cerámico para facilitar esta tarea. Además, la cápsula de la PPTS incorporará un tren de aterrizaje para facilitar su recuperación.
  • Forma de la cápsula: la Orión tiene una forma cónica con poca inclinación para minimizar las cargas térmicas durante la reentrada. La forma de la PPTS es más puntiaguda, para maximizar así el volumen interno y mejorar las características aerodinámicas de la nave.
  • Aterrizaje: Orión deberá descender usando tres paracaídas principales hasta alcanzar el océano, de forma similar al Apolo (aunque debe tener capacidad para aterrizar sobe tierra firme en caso de emergencia). Por contra, la PPTS aterrizará en la madre patria Rusia usando un novedoso sistema de cohetes de combustible sólido sin necesidad de paracaídas. Es precisamente este sistema de retrocohetes el que permite que la PPTS tenga unas prestaciones muy parecidas a la Orión pese a su menor tamaño. Según los rumores, este sistema ha sido respaldado personalmente por Lopota frente a la oposición de muchos adversarios. De todas formas, es muy posible que la PPTS incorpore un paracaídas de emergencia.



Frente al aterrizaje tradicional de la Orión (arriba), el de la PPTS usando sus retrocohetes promete ser espectacular (NASA/Anatoly Zak).



En caso de emergencia, el segmento con los cohetes de la PPTS se desprendería y la cápsula, más ligera, podría ser frenada con un paracaídas (Anatoly Zak/www.russianspaceweb.com).

  • Inserción en órbita: debido a las limitaciones del Ares I, la Orión deberá encender los motores nada más separarse del lanzador para poder alcanzar la órbita inicial. En principio, la PPTS no tendrá estas limitaciones.
  • Sistema de acoplamiento: la PPTS usará el mismo sistema que las Soyuz y Progress, mientras que la Orión empleará una versión ligera del sistema andrógino APAS de la ISS -denominada LIDS– y que ya ha sido instalada en el telescopio Hubble.


Sistema de acoplamiento LIDS de la Orión (NASA).


Sistema de acoplamiento de una Soyuz, similar al de la PPTS (NASA).

  • Control durante la reentrada: Orión usará pequeños motores de combustibles hipergólicos para orientar la cápsula durante la reentrada y minimizar la aceleración en esta fase (algo crítico al retornar de una misión lunar). La PPTS usará motores que emplean oxígeno y alcohol etílico en las primeras fases de la reentrada y unas superficies aerodinámicas para controlar el vehículo cuando la densidad atmosférica sea la adecuada. Esta última innovación es resultado directo de la tecnología desarrollada en el proyecto Klíper.


Comparativa entre las cápsulas de la Orión (arriba) y la PPTS. Se puede apreciar el tren de aterrizaje y las aletas aerodinámicas en la PPTS (NASA/RKK Energía).


Una de las configuraciones iniciales de la cápsula de la PPTS. En esta fase aún no se habían introducido las superficies aerodinámicas (RKK Energía).



El módulo de servicio de la Orión (arriba) y la PPTS (NASA/RKK Energía).



Otras vistas de la Orión en la que se aprecia el módulo de servicio (NASA).



Sistema de escape durante el despegue: LAS del Orión (arriba) y el SAS de la PPTS. Los diseños son muy similares entre sí y al de la Soyuz. El LAS será la torre de escape más grande jamás construida (NASA/RKK Energía).

Tanto la PPTS como la Orión se enfrentan a un futuro incierto: la Comisión Augustine ha cuestionado la misma existencia del Programa Constellation. Y aunque nadie duda de que será construida más tarde o temprano -al fin y al cabo, los EEUU no se van a quedar sin una nave tripulada tras la retirada del shuttle-, no está claro cuándo podrá despegar por primera vez. La PPTS tiene las cosas más difíciles: la nave a la que debe sustituir, la Soyuz, se encuentra operativa y disfruta de un récord de seguridad envidiable. Es difícil justificar de cara a la opinión pública rusa el porqué de una nueva nave tripulada, especialmente teniendo en cuenta que deberá ser lanzada por un cohete totalmente nuevo (el Rus-M) desde un cosmódromo igualmente nuevo (Vostochni).



Cohete Ares I (arriba) y Rus-M. Ambos tendrán una capacidad de 25 toneladas en LEO (NASA/Novosti Komonavtiki).

Referencias:



18 Comentarios

  1. Hola Daniel, a ver si me puedes solucionar una duda. Desde hace tiempo he visto prototipos, ya sea en cine o documentales, para simular gravedad artificial en el espacio mediante una estructura girando sobre un eje y produciendo una fuerza centrípeta sobre los estremos simulando la gravedad. No se si me escapa algo pero no me parece algo muy difícil de realizar, aunque posiblemente serían necesarias dos estructuras girando en sentidos opuestos para que toda la estrucctura sea estable. Bueno, no me quiero centrar en el diseño sinó en el porqué no se ha intentado hacer algo en la estación espacial aunque fuese a un tamaño pequeño. Osea, ¿cuales pueden ser las causas? ¿Es técnicamente difícil? ¿Dicho elemento podría desastabilizar la órbita de la estación? Supongo que mal diseñado sí. O bien es porque sería muy caro subir tal estructura a pedazos hasta la ISS. No se, pero creo que un sistema como este sería bueno para poder prolongar la estancia de los astronautas reduciendo los daños de la ingravided. No me refiero a una estructura en la que meter todos los laboratorios y demás ‘cacharradas’ con que trabajan, sino algo lo suficientemente grande para que puedan realizar estancias de unas horas. Ya se que vas a pensar, que veo muchas películas, pero creo que físicamente es posible, aunque no entiendo la razón por la que no desarrollarlo.
    Un saludo.
    Jose.

  2. Sobre la pregunta de Jose, aunque no me parece del todo bien que la exponga aquí, también me ha rondado muchas veces la cabeza. La opción de ensamblar una estructura en el espacio no me parece viable actualmente porque primeramente los materiales que conforman un hábitat son distintivos en su interior y exterior, los materiales del interior no soportarían las condiciones extremas del espacio y se degradarían antes de finalizar el ensamblaje. La estructura exterior tendría que ser montada desde cero o casi y una vez ensamblada comenzar con la interior. Un trabajo que se escapa a la capacidad de una astronauta, teniendo en cuenta que en la tierra se necesitan meses de mano de obra especializada y muchos controles de calidad.
    El hábitat por tanto debe ser ensamblado en la tierra y ahí entra el problema del tamaño del modulo. Los actuales tienen muy poco espacio interno. No creo que se pueda crear módulos mas voluminosos hasta que se cree algún tipo de hangar en órbita donde puedan ser ensamblados secciones enteras de otro modulo en una atmósfera controlada. Eso creo que seria una premisa anterior a las demás.

  3. Hola,
    Viendo esto la Orion parece un juguete en comparación con la Rus!
    Lo que me pregunto es si la Rus tiene que desprender el escudo térmico para poder encender los cohetes de combustible sólido en el aterrizaje, ¿cómo se recupera entonces?
    Un saludo, y espero que veamos esto funcionar pronto y sobretodo que no se estanquen el LEO…

  4. Yo tambiem creia que la orion era reutilizable, de hecho tambien he visto que en wikipedia aparece como reutilizable hasta 10 veces
    Entonces tambien queda confirmado que orion va a amerizar? ya no va a tomar tierra con un airbag como se tenia previsto anteriormente?

  5. Un lástima, en mi opinión, que los rusos abandonen el diseño de 3 módulos de la Soyuz: es más ligero (no necesitas un escudo de reentrada tan pesado) y más versátil (se puede cambiar fácilmente el módulo orbital o incluso prescindir de él). Saludos

  6. La Orión no va a ser reutilizable, al menos no como el shuttle. Es cierto que en un principio se contempló esta característica en el diseño, pero actualmente se ha desechado (el artículo de la Wikipedia es inexacto y anticuado), lo que no quiere decir que no pueda existir algún grado de reusabilidad (¿volver a usar la estructura interna de la cápsula?…difícil si ameriza). En cuanto al amerizaje, es la opción preferida en la actualidad.

    FoxMulder: el diseño de la PPTS está por determinar, pero parece que, efectivamente, la parte inferior del escudo térmico será desechable.

    Saludos.

  7. Para nada la Orión es un juguete comparado con la PPTS, olvidaos de los retrocohetes y de los dos tripulante más. El cuadro de Dani lo deja bien claro, 18’5Tn frente a 12Tn. La masa útil que pueden llevar los cuatro tripulantes de la Orión les permitirá hacer mucho más que lo que puedan hacer seis con mucha menor masa útil.

    Saludos.

  8. De todas formas me parece sorprendente (deprimente) que en el SXXI las nuevas naves espaciales sigan usando en esencia los mismos métodos de propulsión que los pioneros de hace medio siglo. ¿Qué fue de los prometedores motores iónicos, atómicos etc de que nos hablaban en el siglo XX?

  9. No quiero ser pesimista, pero la PPTS parece demasiado buena para ser verdad… Supera al Orion en casi todos los puntos (mas pasajeros, mas reutilizable, sistema de descenso y aterrizaje mas moderno…) La gente de la Nasa no es tonta, si con un presupuesto mucho mayor al de rusia plantean una capsula tan modesta, por algo será. A proposito, ya que al orion se le quito la posibilidad de aterrizar en tierra firme, de ser reutilizada, y de llevar a toda la tripulacion de la ISS en un solo viaje, por que no construyen el apolo de nuevo y listo? Un pasajero mas justifica tanto gasto en I+D ?

  10. No nos engañemos. La Orión es una nave muy superior a la PPTS en muchos aspectos, lo que se refleja en su coste. Las ventajas de la PPTS se basan en una apuesta por tecnologías muy, pero que muy arriesgadas (uso de retrocohetes en vez de paracaídas, escudo térmico reutilizable…) que nadie sabe si funcionarán o no (o al menos, si serán rentables).

    Saludos.

  11. Hola Carlo: cuando digo que es superior me refiero a que su diseño emplea tecnologías probadas y que cuenta con una inversión en su desarrollo que está a años luz de la que puede disfrutar la PPTS, independientemente de la diferencia en el coste de la mano de obra en ambos países.

    Personalmente me gusta mucho más el diseño de la PPTS, pero habrá que esperar al año que viene para comprobar el diseño definitivo y luego ver el compromiso político y económico del gobierno ruso a medio plazo. De entrada, RKK Energia ya se ha quejado de la falta de fondos en esta etapa inicial del proyecto.

    Dicho de otra forma: la Orión se construirá sí o sí (otra cosa es el Ares I), pero el futuro de la PPTS está en el aire.

    Saludos.

  12. Desde luego algo que se debe de tomar en cuenta es que los rusos no gastan como los norteamericanos, no subestimemos a los rusos, basta recordar la amplia experiencia que tienen en el terreno espacial y lo que han hecho con los recursos más limitados que siempre han tenido.

  13. No me creo nada del abandono del espacio por los norteamericanos por algunos años… posiblemente esa nave sólo la utilizen para mandar carga a la estación espacial ISS ya que abarata enormemente los costes, … y seguro que nos sorprenderán con algun nuevo prototipo mas pequeño que las viejas lanzadoras para para llevar a nuevas tripulaciones a la ISS.

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Por Daniel Marín, publicado el 14 octubre, 2009
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